Các loại vật liệu catốt khác nhau là gì?

Vật liệu catốt thường là yếu tố giới hạn khi làm pin lithium-ion đáng tin cậy.Với pin sạc trong sử dụng ngày càng tăng, các nhà khoa học tiếp tục tìm kiếm các vật liệu catốt kết hợp đầu ra cao với hoạt động an toàn.Một loạt các vật liệu được sử dụng, tùy thuộc vào ứng dụng.Các thiết bị của người tiêu dùng từ lâu đã sử dụng oxit coban làm vật liệu catốt chính của chúng, và sắt phốt phát là nhu cầu về pin xe điện.Phản ứng không gây ra sự thay đổi pha giữa bất kỳ vật liệu nào liên quan.Năng lượng bổ sung cần thiết để thay đổi vật liệu giữa các pha khí, chất lỏng và rắn của chúng làm cho việc thiết kế một pin liên quan đến sự thay đổi như vậy.Các phiên bản ban đầu của pin lithium có thể sạc lại được sử dụng lưu huỳnh nóng chảy như một cực âm, được bao quanh bởi muối nóng chảy là 842 độ Fahrenheit (450 độ Celsius).Những pin này có thể cung cấp một sản lượng cao, nhưng giữ cho các vật liệu chất lỏng tách biệt là quá nhiều vấn đề.Các nhà nghiên cứu đã tìm kiếm một phương pháp thực tế sử dụng lưu huỳnh làm vật liệu catốt. Một trong những khó khăn trong việc phát triển các vật liệu catốt tốt hơn là sự biến động vốn có của chúng.Để pin hoạt động, cực âm cần phải có điện tích mạnh đối với điện cực khác, cực dương.Điều này đòi hỏi một chất có hàm lượng oxy cao.Vật liệu như vậy có khả năng rất dễ cháy, đặc biệt là khi kết hợp với nhiệt thường liên quan đến phản ứng hóa học diễn ra trong pin.Đây là một trong những lý do cho sự quan tâm đến các hợp chất lưu huỳnh đối với catốt.Lưu huỳnh có chất lượng điện oxygens mà không biến động.Vấn đề với các hợp chất lưu huỳnh là chúng tạo ra các catốt có tuổi thọ ngắn hơn, bởi vì các phản ứng hóa học của chúng để lại các sản phẩm phụ hòa tan vào vật liệu điện phân tách hai điện cực.Các nhà nghiên cứu đã từ bỏ ý tưởng sử dụng lưu huỳnh nóng chảy.Các hợp chất nhẹ nhất của các hợp chất này, Titanium disulfide, thường được sử dụng trong thập kỷ này.Nó đã được thay thế vào khoảng năm 1980 bằng oxit lithium coban, sản xuất pin lithium-ion thực sự thành công đầu tiên.Oxit coban là vật liệu catốt chi phối trên thị trường và thường được sử dụng trong pin sạc của điện thoại di động và máy tính xách tay.Trong các thiết bị y tế như máy khử rung tim, oxit vanadi bạc thường được sử dụng cho catốt.Loại pin này có bạc như một sản phẩm phụ của phản ứng hóa học của nó, và điều này giúp cải thiện độ dẫn của máy đánh bóng.

Iron phosphate, và ở mức độ thấp hơn lithium titanate, đã thu hút sự chú ý từ các nhà sản xuất tự động như vật liệu catốt tiềm năng cho pin ô tô điện.Một lý do cho điều này là vì pin có catốt được làm từ các hợp chất này có thể nhanh chóng được sạc trong ít nhất 10 phút.Các tế bào có catốt làm từ niken có mật độ năng lượng cao nhất.Mật độ năng lượng cao này có nghĩa là chúng vốn dĩ không an toàn như pin Iron phosphate hoặc lithium titanate.