લિથિયમ બેટરીનો વિકાસ

બેટરી ઉપકરણની ઉત્પત્તિ લીડેન બોટલની શોધ સાથે શરૂ થઈ શકે છે. લીડેન બોટલની શોધ સૌપ્રથમ 1745માં ડચ વૈજ્ઞાનિક પીટર વાન મુશેનબ્રોકે કરી હતી. લીડેન જાર એક આદિમ કેપેસિટર ઉપકરણ છે. તે ઇન્સ્યુલેટર દ્વારા અલગ કરાયેલી બે મેટલ શીટ્સથી બનેલું છે. ઉપરોક્ત ધાતુના સળિયાનો ઉપયોગ ચાર્જ સંગ્રહિત કરવા અને છોડવા માટે થાય છે. જ્યારે તમે સળિયાને સ્પર્શ કરો છો જ્યારે મેટલ બોલનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, ત્યારે લીડેન બોટલ આંતરિક વિદ્યુત ઉર્જા રાખી અથવા દૂર કરી શકે છે, અને તેનો સિદ્ધાંત અને તૈયારી સરળ છે. રસ ધરાવનાર કોઈપણ તેને ઘરે જાતે બનાવી શકે છે, પરંતુ તેની સરળ માર્ગદર્શિકાને કારણે તેની સ્વ-ડિસ્ચાર્જની ઘટના વધુ ગંભીર છે. સામાન્ય રીતે, તમામ વીજળી થોડા કલાકોથી થોડા દિવસોમાં ડિસ્ચાર્જ થઈ જશે. જો કે, લીડેન બોટલનો ઉદભવ વીજળીના સંશોધનમાં એક નવો તબક્કો દર્શાવે છે.

1790 ના દાયકામાં, ઇટાલિયન વૈજ્ઞાનિક લુઇગી ગાલ્વાનીએ દેડકાના પગને જોડવા માટે ઝીંક અને તાંબાના વાયરનો ઉપયોગ શોધી કાઢ્યો અને જાણવા મળ્યું કે દેડકાના પગ ઝૂકી જશે, તેથી તેમણે "બાયોઇલેક્ટ્રીસિટી" ની વિભાવના પ્રસ્તાવિત કરી. આ શોધને કારણે ઈટાલિયન વિજ્ઞાની એલેસાન્ડ્રો ધ્રૂજી ગયા. વોલ્ટાનો વાંધો, વોલ્ટાનું માનવું છે કે દેડકાના પગનું વળાંક દેડકા પરના વિદ્યુત પ્રવાહને બદલે ધાતુ દ્વારા ઉત્પન્ન થતા વિદ્યુત પ્રવાહમાંથી આવે છે. ગાલ્વાનીના સિદ્ધાંતનું ખંડન કરવા માટે, વોલ્ટાએ તેમના પ્રખ્યાત વોલ્ટા સ્ટેકનો પ્રસ્તાવ મૂક્યો. વોલ્ટેઇક સ્ટેકમાં ઝિંક અને કોપર શીટ્સનો સમાવેશ થાય છે જેમાં વચ્ચે ખારા પાણીમાં પલાળેલા કાર્ડબોર્ડ હોય છે. આ પ્રસ્તાવિત રાસાયણિક બેટરીનો પ્રોટોટાઇપ છે.
વોલ્ટેઇક કોષનું ઇલેક્ટ્રોડ પ્રતિક્રિયા સમીકરણ:

હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ: 2H^++2e^-→H_2

નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ: Zn→〖Zn〗^(2+)+2e^-

1836 માં, બ્રિટીશ વૈજ્ઞાનિક જ્હોન ફ્રેડરિક ડેનિયલે બેટરીમાં હવાના પરપોટાની સમસ્યાને ઉકેલવા માટે ડેનિયલ બેટરીની શોધ કરી. ડેનિયલ બેટરી આધુનિક કેમિકલ બેટરીનું પ્રાથમિક સ્વરૂપ ધરાવે છે. તે બે ભાગો સમાવે છે. હકારાત્મક ભાગ કોપર સલ્ફેટના દ્રાવણમાં ડૂબી જાય છે. તાંબાનો બીજો ભાગ ઝિંક સલ્ફેટના દ્રાવણમાં ડુબાડવામાં આવે છે. મૂળ ડેનિયલ બેટરી તાંબાના બરણીમાં કોપર સલ્ફેટના દ્રાવણથી ભરેલી હતી અને મધ્યમાં સિરામિક છિદ્રાળુ નળાકાર પાત્ર દાખલ કરવામાં આવ્યું હતું. આ સિરામિક કન્ટેનરમાં, નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ તરીકે ઝીંક રોડ અને ઝીંક સલ્ફેટ છે. સોલ્યુશનમાં, સિરામિક કન્ટેનરમાં નાના છિદ્રો બે કીને આયનોનું વિનિમય કરવાની મંજૂરી આપે છે. આ અસર હાંસલ કરવા માટે આધુનિક ડેનિયલ બેટરી મોટે ભાગે મીઠાના પુલ અથવા અર્ધ-પારગમ્ય પટલનો ઉપયોગ કરે છે. ડેનિયલ બેટરીનો ઉપયોગ ટેલિગ્રાફ નેટવર્ક માટે પાવર સ્ત્રોત તરીકે થતો હતો જ્યાં સુધી ડ્રાય બેટરીએ તેને બદલી ન હતી.

ડેનિયલ બેટરીનું ઇલેક્ટ્રોડ પ્રતિક્રિયા સમીકરણ:

હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ: 〖Cu〗^(2+)+2e^-→Cu

નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ: Zn→〖Zn〗^(2+)+2e^-

અત્યાર સુધી, બેટરીનું પ્રાથમિક સ્વરૂપ નક્કી કરવામાં આવ્યું છે, જેમાં હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ, નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ અને ઇલેક્ટ્રોલાઇટનો સમાવેશ થાય છે. આવા આધારે, આગામી 100 વર્ષમાં બેટરીનો ઝડપી વિકાસ થયો છે. ફ્રેન્ચ વૈજ્ઞાનિક ગેસ્ટન પ્લાન્ટે 1856માં લીડ-એસિડ બેટરીની શોધ કરી સહિત ઘણી નવી બેટરી સિસ્ટમો દેખાઈ છે. લીડ-એસિડ બેટરીઓ તેના મોટા આઉટપુટ વર્તમાન અને ઓછી કિંમતે વ્યાપક ધ્યાન આકર્ષિત કર્યું છે, તેથી તેનો ઉપયોગ ઘણા મોબાઇલ ઉપકરણોમાં થાય છે, જેમ કે પ્રારંભિક ઇલેક્ટ્રિક વાહનો. તેનો ઉપયોગ ઘણીવાર કેટલીક હોસ્પિટલો અને બેઝ સ્ટેશનો માટે બેકઅપ પાવર સપ્લાય તરીકે થાય છે. લીડ-એસિડ બેટરીઓ મુખ્યત્વે લીડ, લીડ ડાયોક્સાઇડ અને સલ્ફ્યુરિક એસિડ સોલ્યુશનથી બનેલી હોય છે, અને તેમનું વોલ્ટેજ લગભગ 2V સુધી પહોંચી શકે છે. આધુનિક સમયમાં પણ, લીડ-એસિડ બેટરીઓ તેમની પરિપક્વ ટેક્નોલોજી, ઓછી કિંમતો અને સુરક્ષિત પાણી આધારિત પ્રણાલીઓને કારણે દૂર કરવામાં આવી નથી.

લીડ-એસિડ બેટરીનું ઇલેક્ટ્રોડ પ્રતિક્રિયા સમીકરણ:

Positive electrode: PbO_2+〖SO〗_4^(2-)+4H^++2e^-→Pb〖SO〗_4+2H_2 O

નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ: Pb+〖SO〗_4^(2-)→Pb〖SO〗_4+2e^-

1899માં સ્વીડિશ વૈજ્ઞાનિક વાલ્ડેમાર જંગનર દ્વારા શોધાયેલ નિકલ-કેડમિયમ બેટરી, લીડ-એસિડ બેટરી કરતા તેની ઊંચી ઉર્જા ઘનતાને કારણે, પ્રારંભિક વોકમેન જેવા નાના મોબાઈલ ઈલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોમાં વધુ વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાય છે. લીડ-એસિડ બેટરી જેવી જ. 1990 ના દાયકાથી નિકલ-કેડમિયમ બેટરીનો પણ વ્યાપકપણે ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, પરંતુ તેમની ઝેરીતા પ્રમાણમાં વધારે છે, અને બેટરી પોતે ચોક્કસ મેમરી અસર ધરાવે છે. આ જ કારણ છે કે આપણે ઘણીવાર કેટલાક વૃદ્ધ વયસ્કોને કહેતા સાંભળીએ છીએ કે બેટરી રિચાર્જ કરતા પહેલા સંપૂર્ણપણે ડિસ્ચાર્જ થવી જોઈએ અને કચરો બેટરી જમીનને દૂષિત કરશે, વગેરે. (નોંધ કરો કે વર્તમાન બેટરીઓ પણ અત્યંત ઝેરી છે અને તેને દરેક જગ્યાએ છોડવી જોઈએ નહીં, પરંતુ વર્તમાન લિથિયમ બેટરીમાં મેમરી ફાયદા નથી, અને ઓવર-ડિસ્ચાર્જ બેટરી જીવન માટે હાનિકારક છે.) નિકલ-કેડમિયમ બેટરીઓ પર્યાવરણને વધુ નુકસાનકારક છે, અને તેમની આંતરિક પ્રતિકાર તાપમાન સાથે બદલાશે, જે ચાર્જિંગ દરમિયાન વધુ પડતા પ્રવાહને કારણે નુકસાન પહોંચાડી શકે છે. નિકલ-હાઈડ્રોજન બેટરીએ તેને 2005ની આસપાસ ધીમે ધીમે નાબૂદ કરી દીધી. અત્યાર સુધી, બજારમાં નિકલ-કેડમિયમ બેટરીઓ ભાગ્યે જ જોવા મળે છે.

નિકલ-કેડમિયમ બેટરીનું ઇલેક્ટ્રોડ પ્રતિક્રિયા સમીકરણ:

Positive electrode: 2NiO(OH)+2H_2 O+2e^-→2OH^-+2Ni〖(OH)〗_2

નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ: Cd+2OH^-→Cd〖(OH)〗_2+2e^-

લિથિયમ મેટલ બેટરી સ્ટેજ

1960 ના દાયકામાં, લોકોએ આખરે સત્તાવાર રીતે લિથિયમ બેટરીના યુગમાં પ્રવેશ કર્યો.

લિથિયમ ધાતુ પોતે 1817 માં શોધાઈ હતી, અને લોકોને ટૂંક સમયમાં સમજાયું કે લિથિયમ ધાતુના ભૌતિક અને રાસાયણિક ગુણધર્મોનો ઉપયોગ બેટરી માટે સામગ્રી તરીકે થાય છે. તેની ઘનતા ઓછી છે (0.534g 〖cm〗^(-3)), મોટી ક્ષમતા (સૈદ્ધાંતિક 3860mAh g^(-1) સુધી), અને તેની ઓછી સંભાવના (પ્રમાણભૂત હાઇડ્રોજન ઇલેક્ટ્રોડની તુલનામાં -3.04V). આ લગભગ લોકોને કહી રહ્યા છે કે હું આદર્શ બેટરીની નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ સામગ્રી છું. જો કે, લિથિયમ મેટલ પોતે જ મોટી સમસ્યાઓ ધરાવે છે. તે ખૂબ સક્રિય છે, પાણી સાથે હિંસક પ્રતિક્રિયા આપે છે, અને ઓપરેટિંગ પર્યાવરણ પર તેની ઉચ્ચ આવશ્યકતાઓ છે. તેથી, લાંબા સમયથી, લોકો તેની સાથે લાચાર હતા.

1913 માં, લેવિસ અને કીઝે લિથિયમ મેટલ ઇલેક્ટ્રોડની સંભવિતતા માપી. અને ઇલેક્ટ્રોલાઇટ તરીકે પ્રોપીલેમાઇન સોલ્યુશનમાં લિથિયમ આયોડાઇડ સાથે બેટરી પરીક્ષણ હાથ ધર્યું, જોકે તે નિષ્ફળ ગયું.

1958 માં, વિલિયમ સિડની હેરિસે તેમના ડોક્ટરલ થીસીસમાં ઉલ્લેખ કર્યો હતો કે તેમણે વિવિધ કાર્બનિક એસ્ટર સોલ્યુશન્સમાં લિથિયમ ધાતુ મૂક્યું અને પેસિવેશન સ્તરોની શ્રેણી (પર્ક્લોરિક એસિડમાં લિથિયમ મેટલ સહિત) ની રચનાનું અવલોકન કર્યું. લિથિયમ LiClO_4

પ્રોપીલીન કાર્બોનેટના પીસી સોલ્યુશનમાં ઘટના, અને આ સોલ્યુશન ભવિષ્યમાં લિથિયમ બેટરીમાં એક મહત્વપૂર્ણ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સિસ્ટમ છે), અને ચોક્કસ આયન ટ્રાન્સમિશન ઘટના જોવામાં આવી છે, તેથી તેના આધારે કેટલાક પ્રારંભિક ઇલેક્ટ્રોડિપોઝિશન પ્રયોગો કરવામાં આવ્યા છે. આ પ્રયોગો સત્તાવાર રીતે લિથિયમ બેટરીના વિકાસ તરફ દોરી ગયા.

1965માં, NASA એ લિથિયમ પરક્લોરેટ પીસી સોલ્યુશન્સમાં Li||Cu બેટરીના ચાર્જિંગ અને ડિસ્ચાર્જિંગ ઘટના પર ઊંડાણપૂર્વક અભ્યાસ હાથ ધર્યો હતો. LiBF_4, LiI, LiAl〖Cl〗_4, LiCl ના પૃથ્થકરણ સહિત અન્ય ઇલેક્ટ્રોલાઇટ પ્રણાલીઓ, આ સંશોધને કાર્બનિક ઇલેક્ટ્રોલાઇટ પ્રણાલીઓમાં ભારે રસ જગાડ્યો છે.

1969 માં, એક પેટન્ટ દર્શાવે છે કે કોઈ વ્યક્તિએ લિથિયમ, સોડિયમ અને પોટેશિયમ ધાતુઓનો ઉપયોગ કરીને કાર્બનિક સોલ્યુશન બેટરીનું વેપારીકરણ કરવાનો પ્રયાસ શરૂ કર્યો હતો.

1970 માં, જાપાનના પેનાસોનિક કોર્પોરેશને Li‖CF_x ┤ બેટરીની શોધ કરી, જ્યાં x નો ગુણોત્તર સામાન્ય રીતે 0.5-1 હોય છે. CF_x એ ફ્લોરોકાર્બન છે. ફ્લોરિન ગેસ અત્યંત ઝેરી હોવા છતાં, ફ્લોરોકાર્બન પોતે જ સફેદ બિન-ઝેરી પાવડર છે. Li‖CF_x ┤ બેટરીનો ઉદભવ એ પ્રથમ વાસ્તવિક વ્યાપારી લિથિયમ બેટરી હોવાનું કહી શકાય. Li‖CF_x ┤ બેટરી એ પ્રાથમિક બેટરી છે. તેમ છતાં, તેની ક્ષમતા વિશાળ છે, સૈદ્ધાંતિક ક્ષમતા 865mAh 〖Kg〗^(-1) છે, અને તેનું ડિસ્ચાર્જ વોલ્ટેજ લાંબા અંતરમાં ખૂબ જ સ્થિર છે. તેથી, શક્તિ સ્થિર છે અને સ્વ-ડિસ્ચાર્જ ઘટના નાની છે. પરંતુ તેમાં અસાધારણ દરની કામગીરી છે અને તેને ચાર્જ કરી શકાતો નથી. તેથી, Li‖CF_x ┤-MnO_2 બેટરી બનાવવા માટે તેને સામાન્ય રીતે મેંગેનીઝ ડાયોક્સાઇડ સાથે જોડવામાં આવે છે, જેનો ઉપયોગ કેટલાક નાના સેન્સર, ઘડિયાળો વગેરે માટે આંતરિક બેટરી તરીકે થાય છે અને તેને દૂર કરવામાં આવી નથી.

હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ: CF_x+xe^-+x〖Li〗^+→C+xLiF

નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ: Li→〖Li〗^++e^-

1975માં, જાપાનના સાન્યો કોર્પોરેશને Li‖MnO_2 ┤ બેટરીની શોધ કરી, જેનો ઉપયોગ સૌપ્રથમ રિચાર્જેબલ સોલાર કેલ્ક્યુલેટરમાં થયો. આને પ્રથમ રિચાર્જેબલ લિથિયમ બેટરી તરીકે ગણી શકાય. જો કે તે સમયે જાપાનમાં આ ઉત્પાદનને મોટી સફળતા મળી હતી, લોકો પાસે આવી સામગ્રીની ઊંડી સમજણ ન હતી અને તેઓ તેના લિથિયમ અને મેંગેનીઝ ડાયોક્સાઇડને જાણતા ન હતા. પ્રતિક્રિયા પાછળ કયા પ્રકારનું કારણ છે?

લગભગ તે જ સમયે, અમેરિકનો ફરીથી વાપરી શકાય તેવી બેટરી શોધી રહ્યા હતા, જેને આપણે હવે ગૌણ બેટરી કહીએ છીએ.

1972 માં, MBArmand (કેટલાક વૈજ્ઞાનિકોના નામો શરૂઆતમાં અનુવાદિત કરવામાં આવ્યા ન હતા) એ કોન્ફરન્સ પેપરમાં M_(0.5) Fe〖(CN)〗_3 (જ્યાં M એ આલ્કલી મેટલ છે) અને પ્રુશિયન વાદળી માળખું ધરાવતી અન્ય સામગ્રીનો પ્રસ્તાવ મૂક્યો હતો. , અને તેની આયન ઇન્ટરકેલેશન ઘટનાનો અભ્યાસ કર્યો. અને 1973 માં, જે. બ્રોડહેડ અને બેલ લેબ્સના અન્ય લોકોએ મેટલ ડિચાલ્કોજેનાઇડ્સમાં સલ્ફર અને આયોડિન પરમાણુના આંતરસંગ્રહની ઘટનાનો અભ્યાસ કર્યો. આયન ઇન્ટરકેલેશન ઘટના પરના આ પ્રારંભિક અભ્યાસો લિથિયમ બેટરીની ક્રમશઃ પ્રગતિ માટે સૌથી મહત્વપૂર્ણ પ્રેરક બળ છે. મૂળ સંશોધન આ અભ્યાસોને કારણે ચોક્કસ છે કે પાછળથી લિથિયમ-આયન બેટરી શક્ય બને છે.

1975 માં, એક્સોન (એક્સોન મોબિલના પુરોગામી)ના માર્ટિન બી. ડાયન્સે ટ્રાન્ઝિશન મેટલ ડિચાલ્કોજેનાઇડ્સ અને આલ્કલી ધાતુઓની શ્રેણી વચ્ચેના આંતરસંબંધ પર પ્રારંભિક ગણતરીઓ અને પ્રયોગો હાથ ધર્યા હતા અને તે જ વર્ષે, એક્ઝોનનું બીજું નામ હતું વૈજ્ઞાનિક એમએસ વ્હિટિંગહામે પેટન્ટ પ્રકાશિત કરી હતી. Li‖TiS_2 ┤ પૂલ પર. અને 1977 માં, Exoon એ Li-Al‖TiS_2┤ પર આધારિત બેટરીનું વ્યાપારીકરણ કર્યું, જેમાં લિથિયમ એલ્યુમિનિયમ એલોય બેટરીની સલામતી વધારી શકે છે (જોકે હજુ પણ વધુ નોંધપાત્ર જોખમ છે). તે પછી, યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સમાં એવરેડી દ્વારા આવી બેટરી સિસ્ટમનો ક્રમિક ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો. બેટરી કંપની અને ગ્રેસ કંપનીનું વ્યાપારીકરણ. Li‖TiS_2 ┤ બેટરી સાચા અર્થમાં પ્રથમ ગૌણ લિથિયમ બેટરી હોઈ શકે છે, અને તે સમયે તે સૌથી ગરમ બેટરી સિસ્ટમ પણ હતી. તે સમયે, તેની ઉર્જા ઘનતા લીડ-એસિડ બેટરી કરતા લગભગ 2-3 ગણી હતી.

હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ: TiS_2+xe^-+x〖Li〗^+→〖Li〗_x TiS_2

નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ: Li→〖Li〗^++e^-

તે જ સમયે, કેનેડિયન વૈજ્ઞાનિક MA Py એ 2 માં Li‖MoS_1983┤ બેટરીની શોધ કરી હતી, જે 60/65C પર 1-1Wh 〖Kg〗^(-3) ની ઉર્જા ઘનતા ધરાવી શકે છે, જે Li‖TiS_2 ની સમકક્ષ છે. બેટરી આના આધારે, 1987 માં, કેનેડિયન કંપની મોલી એનર્જીએ ખરેખર વ્યાપકપણે વ્યાપારીકૃત લિથિયમ બેટરી લોન્ચ કરી, જે વિશ્વભરમાં વ્યાપકપણે માંગવામાં આવી હતી. આ એક ઐતિહાસિક રીતે નોંધપાત્ર ઘટના હોવી જોઈતી હતી, પરંતુ વિડંબના એ છે કે તે પછીથી મોલીના પતનનું કારણ પણ બની રહી છે. પછી 1989 ની વસંતઋતુમાં, મોલી કંપનીએ તેની બીજી પેઢીની Li‖MoS_2┤ બેટરી પ્રોડક્ટ્સ લોન્ચ કરી. 1989 ની વસંતઋતુના અંતે, મોલીની પ્રથમ પેઢીની Li‖MoS_2┤ બેટરી ઉત્પાદન વિસ્ફોટ થયું અને મોટા પાયે ગભરાટનું કારણ બન્યું. તે જ વર્ષના ઉનાળામાં, તમામ ઉત્પાદનોને પાછા બોલાવવામાં આવ્યા હતા, અને પીડિતોને વળતર આપવામાં આવ્યું હતું. તે જ વર્ષના અંતમાં, મોલી એનર્જીએ નાદારી જાહેર કરી હતી અને 1990ની વસંતઋતુમાં જાપાનની એનઈસી દ્વારા તેને હસ્તગત કરવામાં આવી હતી. ઉલ્લેખનીય છે કે અફવા છે કે તે સમયે કેનેડિયન વૈજ્ઞાનિક જેફ ડેન મોલી ખાતે બેટરી પ્રોજેક્ટનું નેતૃત્વ કરી રહ્યા હતા. એનર્જી અને Li‖MoS_2 ┤ બેટરીની સતત સૂચિ સામેના વિરોધને કારણે રાજીનામું આપ્યું.

હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ: MoS_2+xe^-+x〖Li〗^+→〖Li〗_x MoS_2

નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ: Li→〖Li〗^++e^-

અત્યાર સુધી, લિથિયમ ધાતુની બેટરીઓ ધીમે ધીમે લોકોની નજરથી દૂર થઈ ગઈ છે. આપણે જોઈ શકીએ છીએ કે 1970 થી 1980 ના સમયગાળા દરમિયાન, લિથિયમ બેટરી પર વૈજ્ઞાનિકોનું સંશોધન મુખ્યત્વે કેથોડ સામગ્રી પર કેન્દ્રિત હતું. અંતિમ ધ્યેય હંમેશા સંક્રમણ મેટલ ડિચાલ્કોજેનાઇડ્સ પર કેન્દ્રિત છે. તેમની સ્તરવાળી રચનાને કારણે (સંક્રમણ ધાતુના ડિચાલ્કોજેનાઇડ્સનો હવે દ્વિ-પરિમાણીય સામગ્રી તરીકે વ્યાપકપણે અભ્યાસ કરવામાં આવે છે), તેમના સ્તરો અને લિથિયમ આયનોના નિવેશને સમાવવા માટે સ્તરો વચ્ચે પૂરતા અંતર છે. તે સમયે, આ સમયગાળા દરમિયાન એનોડ સામગ્રી પર ખૂબ ઓછું સંશોધન થયું હતું. જો કે કેટલાક અભ્યાસોએ લિથિયમ ધાતુની સ્થિરતા વધારવા માટે તેના મિશ્રણ પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કર્યું છે, લિથિયમ મેટલ પોતે ખૂબ અસ્થિર અને જોખમી છે. જો કે મોલીની બેટરી વિસ્ફોટ એ વિશ્વને આંચકો આપનારી ઘટના હતી, લિથિયમ મેટલ બેટરીના વિસ્ફોટના ઘણા કિસ્સાઓ છે.

વધુમાં, લોકો લિથિયમ બેટરીના વિસ્ફોટનું કારણ સારી રીતે જાણતા ન હતા. વધુમાં, લિથિયમ ધાતુને તેના સારા ગુણધર્મોને કારણે એક સમયે બદલી ન શકાય તેવી નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ સામગ્રી માનવામાં આવતી હતી. મોલીની બેટરી વિસ્ફોટ પછી, લિથિયમ ધાતુની બેટરીઓ પ્રત્યે લોકોની સ્વીકૃતિ ઘટી ગઈ, અને લિથિયમ બેટરીઓ અંધકારમય સમયગાળામાં પ્રવેશી.

સુરક્ષિત બેટરી મેળવવા માટે, લોકોએ હાનિકારક ઇલેક્ટ્રોડ સામગ્રીથી શરૂઆત કરવી આવશ્યક છે. તેમ છતાં, અહીં સમસ્યાઓની શ્રેણી છે: લિથિયમ ધાતુની સંભવિતતા છીછરી છે, અને અન્ય સંયોજન નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડનો ઉપયોગ નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિતમાં વધારો કરશે, અને આ રીતે, લિથિયમ બેટરીનો એકંદર સંભવિત તફાવત ઘટશે, જે ઘટાડશે. તોફાનની ઉર્જા ઘનતા. તેથી, વૈજ્ઞાનિકોએ અનુરૂપ ઉચ્ચ-વોલ્ટેજ કેથોડ સામગ્રી શોધવાની રહેશે. તે જ સમયે, બેટરીનું ઇલેક્ટ્રોલાઇટ હકારાત્મક અને નકારાત્મક વોલ્ટેજ અને ચક્ર સ્થિરતા સાથે મેળ ખાતું હોવું જોઈએ. તે જ સમયે, ઇલેક્ટ્રોલાઇટની વાહકતા અને ગરમી પ્રતિકાર વધુ સારી છે. પ્રશ્નોની આ શ્રેણીએ લાંબા સમય સુધી વૈજ્ઞાનિકોને વધુ સંતોષકારક જવાબ શોધવા માટે મૂંઝવણમાં મૂક્યો.

વિજ્ઞાનીઓ માટે ઉકેલવા માટેની પ્રથમ સમસ્યા એ છે કે લિથિયમ ધાતુને બદલી શકે તેવી સલામત, હાનિકારક ઇલેક્ટ્રોડ સામગ્રી શોધવી. લિથિયમ ધાતુમાં ઘણી બધી રાસાયણિક પ્રવૃત્તિ હોય છે, અને ડેંડ્રાઈટ વૃદ્ધિની સમસ્યાઓની શ્રેણી ઉપયોગ પર્યાવરણ અને પરિસ્થિતિઓ પર ખૂબ કઠોર છે, અને તે સલામત નથી. ગ્રેફાઇટ હવે લિથિયમ-આયન બેટરીના નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડનું મુખ્ય ભાગ છે, અને લિથિયમ બેટરીમાં તેનો ઉપયોગ 1976ની શરૂઆતમાં અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો છે. 1976માં, બેસેનહાર્ડ, JO એ LiC_R ના ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ સંશ્લેષણ પર વધુ વિગતવાર અભ્યાસ હાથ ધર્યો છે. જો કે, ગ્રેફાઇટમાં ઉત્તમ ગુણધર્મો (ઉચ્ચ વાહકતા, ઉચ્ચ ક્ષમતા, ઓછી સંભાવના, જડતા વગેરે) હોવા છતાં, તે સમયે, લિથિયમ બેટરીમાં વપરાતા ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સામાન્ય રીતે ઉપર જણાવેલ LiClO_4 ના પીસી સોલ્યુશન છે. ગ્રેફાઇટમાં નોંધપાત્ર સમસ્યા છે. રક્ષણની ગેરહાજરીમાં, ઇલેક્ટ્રોલાઇટ PC પરમાણુઓ પણ લિથિયમ-આયન ઇન્ટરકેલેશન સાથે ગ્રેફાઇટ માળખામાં પ્રવેશ કરશે, પરિણામે ચક્રની કામગીરીમાં ઘટાડો થશે. તેથી, તે સમયે વૈજ્ઞાનિકો દ્વારા ગ્રેફાઇટની તરફેણ કરવામાં આવી ન હતી.

કેથોડ સામગ્રીની વાત કરીએ તો, લિથિયમ મેટલ બેટરી સ્ટેજના સંશોધન પછી, વૈજ્ઞાનિકોએ શોધી કાઢ્યું કે લિથિએશન એનોડ સામગ્રી પોતે પણ સારી રિવર્સિબિલિટી સાથે લિથિયમ સંગ્રહ સામગ્રી છે, જેમ કે LiTiS_2,〖Li〗_x V〖Se〗_2 (x =1,2) અને તેથી વધુ, અને તેના આધારે, 〖Li〗_x V_2 O_5 (0.35≤x<3), LiV_2 O_8 અને અન્ય સામગ્રી વિકસાવવામાં આવી છે. અને વૈજ્ઞાનિકો ધીમે ધીમે વિવિધ 1-પરિમાણીય આયન ચેનલો (1D), 2-પરિમાણીય સ્તરીય આયન ઇન્ટરકેલેશન (2D), અને 3-પરિમાણીય આયન ટ્રાન્સમિશન નેટવર્ક માળખાંથી પરિચિત થયા છે.

પ્રોફેસર જ્હોન બી. ગુડનફનું LiCoO_2 (LCO) પરનું સૌથી પ્રખ્યાત સંશોધન પણ આ સમયે થયું હતું. 1979 માં, Goodenougd et al. 2 માં NaCoO_1973 ના બંધારણ પરના લેખથી પ્રેરિત હતા અને LCO શોધ્યું અને પેટન્ટ લેખ પ્રકાશિત કર્યો. એલસીઓ સંક્રમણ મેટલ ડિસલ્ફાઇડ્સ જેવું જ સ્તરીય ઇન્ટરકેલેશન માળખું ધરાવે છે, જેમાં લિથિયમ આયનો ઉલટાવી શકાય છે અને બહાર કાઢી શકાય છે. જો લિથિયમ આયનો સંપૂર્ણપણે કાઢવામાં આવે છે, તો CoO_2 નું ક્લોઝ-પેક્ડ માળખું બનાવવામાં આવશે, અને તેને લિથિયમ માટે લિથિયમ આયનો સાથે ફરીથી દાખલ કરી શકાય છે (અલબત્ત, વાસ્તવિક બેટરી લિથિયમ આયનોને સંપૂર્ણ રીતે કાઢવાની મંજૂરી આપશે નહીં, જે ક્ષમતાને ઝડપથી ક્ષીણ કરશે). 1986માં, અકીરા યોશિનો, જેઓ હજુ પણ જાપાનમાં અસાહી કેસી કોર્પોરેશનમાં કામ કરી રહ્યા હતા, તેમણે પ્રથમ વખત એલસીઓ, કોક અને LiClO_4 પીસી સોલ્યુશનના ત્રણને જોડ્યા, જે પ્રથમ આધુનિક લિથિયમ-આયન સેકન્ડરી બેટરી બની અને વર્તમાન લિથિયમનો પાયાનો પથ્થર બન્યો. બેટરી. સોનીએ ઝડપથી "સારા સારી" વૃદ્ધ વ્યક્તિની LCO પેટન્ટની નોંધ લીધી અને તેનો ઉપયોગ કરવા માટે અધિકૃતતા મેળવી. 1991માં, તેણે LCO લિથિયમ-આયન બેટરીનું વ્યાપારીકરણ કર્યું. લિથિયમ-આયન બેટરીનો ખ્યાલ પણ આ સમયે દેખાયો, અને તેનો વિચાર આજે પણ ચાલુ છે. (એ નોંધવું યોગ્ય છે કે સોનીની પ્રથમ પેઢીની લિથિયમ-આયન બેટરીઓ અને અકીરા યોશિનો પણ ગ્રેફાઇટને બદલે નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ તરીકે હાર્ડ કાર્બનનો ઉપયોગ કરે છે, અને તેનું કારણ એ છે કે ઉપરોક્ત પીસી ગ્રેફાઇટમાં ઇન્ટરકેલેશન ધરાવે છે)

હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ: 6C+xe^-+x〖Li〗^+→〖Li〗_x C_6

નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ: LiCoO_2→〖Li〗_(1-x) CoO_2+x〖Li〗^++xe^-

બીજી બાજુ, 1978માં, આર્માન્ડ, એમ. એ ઉપરની સમસ્યાને ઉકેલવા માટે પોલિઇથિલિન ગ્લાયકોલ (PEO) નો ઘન પોલિમર ઇલેક્ટ્રોલાઇટ તરીકે ઉપયોગ કરવાનો પ્રસ્તાવ મૂક્યો કે ગ્રેફાઇટ એનોડ સરળતાથી સોલવન્ટ પીસી પરમાણુઓમાં એમ્બેડ કરવામાં આવે છે (તે સમયે મુખ્ય પ્રવાહના ઇલેક્ટ્રોલાઇટ હજુ પણ PC, DEC મિશ્ર ઉકેલનો ઉપયોગ કરે છે), જેણે પ્રથમ વખત લિથિયમ બેટરી સિસ્ટમમાં ગ્રેફાઇટ મૂક્યું, અને પછીના વર્ષમાં રોકિંગ-ચેર બેટરી (રોકિંગ-ચેર) ની કલ્પનાનો પ્રસ્તાવ મૂક્યો. આવો ખ્યાલ આજ સુધી ચાલુ રહ્યો છે. વર્તમાન મુખ્ય પ્રવાહની ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સિસ્ટમો, જેમ કે ED/DEC, EC/DMC, વગેરે, ફક્ત 1990 ના દાયકામાં જ ધીમે ધીમે દેખાયા હતા અને ત્યારથી તેનો ઉપયોગ કરવામાં આવી રહ્યો છે.

આ જ સમયગાળા દરમિયાન, વૈજ્ઞાનિકોએ બેટરીઓની શ્રેણીનું પણ સંશોધન કર્યું: Li‖Nb〖Se〗_3 ┤ બેટરી, Li‖V〖SE〗_2 ┤ બેટરી, Li‖〖Ag〗_2 V_4 ┤ O_11 બેટરી, LiO┤ બેટરી Li ‖I_2 ┤બેટરી વગેરે.

• લી-આયન બેટરી મંચ

1991 પછી લિથિયમ-આયન બેટરીના વિકાસનો યુગ એ યુગ છે જેમાં આપણે હવે છીએ. અહીં હું વિકાસ પ્રક્રિયાનો વિગતવાર સારાંશ આપીશ નહીં પરંતુ થોડી લિથિયમ-આયન બેટરીની રાસાયણિક સિસ્ટમનો ટૂંકમાં પરિચય આપીશ.

વર્તમાન લિથિયમ-આયન બેટરી સિસ્ટમ્સનો પરિચય, અહીં આગળનો ભાગ છે.