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लिथियम-आयन अंतर्संयोजन तंत्र

1980
  • M. Stanley Whittingham
  • John B. Goodenough
  • Akira Yoshino
विद्युत रसायन प्रयोगशाला में लिथियम-आयन बैटरी को अलग करने की प्रक्रिया।

(यह छवि केवल उदाहरण के लिए बनाई गई है)

Lithium-ion batteries function via an intercalation mechanism, a reversible insertion of ions into a layered host material. During discharge, लिथियम आयन ([latex]Li^+[/latex]) एक ऋणात्मक इलेक्ट्रोड (एनोड), आमतौर पर ग्रेफाइट, से अलग होकर एक गैर-जलीय इलेक्ट्रोलाइट से गुजरते हुए एक धनात्मक इलेक्ट्रोड (कैथोड), आमतौर पर एक धातु ऑक्साइड, में प्रवेश करते हैं। इलेक्ट्रॉन बाहरी परिपथ में प्रवाहित होते हैं, जिससे धारा उत्पन्न होती है।

The concept of intercalation is central to the success of lithium-ion batteries. Unlike older battery chemistries where the electrodes undergo significant chemical phase changes, intercalation involves lithium ions acting as ‘guests’ that slide into and out of the ‘host’ crystalline structure of the electrode materials. For the anode, the host is typically graphite, which has a layered structure allowing [latex]Li^+[/latex] ions to fit between its graphene sheets, forming [latex]LiC_6[/latex]. For the cathode, the host is a metal oxide, such as lithium cobalt oxide ([latex]LiCoO_2[/latex]), where lithium ions occupy layers between cobalt oxide sheets.

यह प्रक्रिया अत्यधिक प्रतिवर्ती है और मेजबान की संरचना में कोई बड़ा बदलाव नहीं करती, जिससे न्यूनतम क्षरण के साथ लंबी चक्रीय जीवन अवधि प्राप्त होती है। आयनों की गति को गैर-जलीय कार्बनिक इलेक्ट्रोलाइट द्वारा सुगम बनाया जाता है, क्योंकि लिथियम पानी के साथ अत्यधिक प्रतिक्रियाशील होता है। एक सूक्ष्म छिद्रयुक्त बहुलक विभाजक एनोड और कैथोड को आपस में स्पर्श करने और शॉर्ट-सर्किट होने से रोकता है, जबकि आयनों को गुजरने देता है।

चार्जिंग के दौरान, एक बाहरी वोल्टेज प्रक्रिया को उलट देता है: लिथियम आयन कैथोड से निकाले जाते हैं, इलेक्ट्रोलाइट के पार वापस यात्रा करते हैं, और ग्रेफाइट एनोड में पुनः समाहित हो जाते हैं। उच्च विद्युत रासायनिक क्षमता लिथियम की उपस्थिति, इसके कम परमाणु भार के साथ मिलकर, बहुत उच्च ऊर्जा घनत्व और विशिष्ट ऊर्जा वाली बैटरियों का निर्माण संभव बनाती है, यही कारण है कि इन्होंने पोर्टेबल इलेक्ट्रॉनिक्स में क्रांति ला दी है और इलेक्ट्रिक वाहनों की ओर संक्रमण को सक्षम बना रही हैं।

UNESCO Nomenclature: 2203
विद्युत रसायन विज्ञान

Type

रासायनिक प्रक्रिया

व्यवधान

क्रांतिकारी

उपयोग

व्यापक उपयोग

शगुन

  • Discovery of लिथियम metal and its high electrochemical potential
  • 1970 के दशक में अंतर्संयोजन यौगिकों पर मौलिक अनुसंधान
  • स्थिर गैर-जलीय इलेक्ट्रोलाइट्स का विकास
  • रिचार्जेबल लिथियम मेटल बैटरी के शुरुआती, असुरक्षित प्रोटोटाइप

आवेदन

  • स्मार्टफ़ोन, लैपटॉप और टैबलेट
  • इलेक्ट्रिक वाहन (ईवी)
  • तार रहित बिजली उपकरण और बागवानी उपकरण
  • ग्रिड-स्तरीय ऊर्जा भंडारण प्रणालियाँ
  • प्रत्यारोपण योग्य चिकित्सा उपकरण और श्रवण यंत्र

पेटेंट:

  • US4357215A

संभावित नवाचार विचार

  • आयतन विस्तार को नियंत्रित करने के लिए स्व-उपचारशील पॉलिमर बाइंडर युक्त सिलिकॉन-ग्रेफाइट मिश्रित एनोड
  • एआई-आधारित बैटरी प्रबंधन प्रणालियाँ जो सेल क्षरण की भविष्यवाणी करती हैं और वास्तविक समय में चार्जिंग प्रोटोकॉल को अनुकूलित करती हैं।
  • structural batteries where the battery is part of the device’s chassis (e.g., a car door)
  • ड्यूल-आयन बैटरियां जो धनायनों और ऋणायनों दोनों के अंतर्संयोजन का उपयोग करती हैं
  • ठंडे मौसम में बेहतर प्रदर्शन के लिए स्व-तापनकारी लिथियम-आयन सेल
  • aqueous लिथियम आयन batteries using ‘water-in-salt’ electrolytes for enhanced safety
  • आंतरिक तापमान और तनाव की निगरानी के लिए एकीकृत फाइबर-ऑप्टिक सेंसर वाली बैटरियां
  • मूल्यवान कैथोड धातुओं को पुनर्प्राप्त करने के लिए जलधातु विज्ञान का उपयोग करने वाली पुनर्चक्रण प्रक्रियाएं
संबंधित विषय: लिथियम-आयन, अंतर्संयोजन, एनोड, कैथोड, इलेक्ट्रोलाइट, रिचार्जेबल, ऊर्जा घनत्व, ग्रेफाइट।

ऐतिहासिक संदर्भ

लिथियम-आयन अंतर्संयोजन तंत्र

1970
1970
1975
1980
1980
1980
1984
1970
1970
1974-11-15
1980
1980
1980
1984
1985
Testing rare-earth magnets in a solid state physics laboratory.

दुर्लभ-पृथ्वी चुंबक

दुर्लभ-पृथ्वी चुंबक दुर्लभ-पृथ्वी तत्वों के मिश्र धातुओं से बने मजबूत स्थायी चुंबक होते हैं। 1970 और 1980 के दशक में विकसित, सबसे सामान्य प्रकार नियोडिमियम चुंबक (NdFeB) और समैरियम-कोबाल्ट चुंबक (SmCo) हैं। वे बनाए गए स्थायी चुंबकों में सबसे मजबूत प्रकार के होते हैं, जो फेराइट या अलिनको चुंबकों की तुलना में काफी मजबूत चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करते हैं, जिससे कई प्रौद्योगिकियों में लघुकरण और बेहतर प्रदर्शन संभव हो पाता है। नोट: 'दुर्लभ-पृथ्वी तत्व' शब्द एक ऐतिहासिक भ्रामक नाम है। ये तत्व पृथ्वी की पपड़ी में असाधारण रूप से दुर्लभ नहीं हैं। सीरियम, सबसे प्रचुर मात्रा में, 25वां सबसे प्रचुर तत्व है, जो तांबे के समान है। यहाँ तक कि सबसे कम प्रचुर स्थिर दुर्लभ-पृथ्वी, ल्यूटेशियम, सोने की तुलना में लगभग 200 गुना अधिक सामान्य है। 'दुर्लभ' लेबल इसलिए उत्पन्न हुआ क्योंकि उन्हें अलग करना मुश्किल था।

(यदि तिथि अज्ञात है या प्रासंगिक नहीं है, उदाहरण के लिए "द्रव यांत्रिकी", तो इसके उल्लेखनीय उद्भव का एक अनुमानित आंकड़ा प्रदान किया गया है)

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