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Mecanismo de intercalação de íons de lítio

1980
  • M. Stanley Whittingham
  • John B. Goodenough
  • Akira Yoshino
Processo de desmontagem de baterias de íon-lítio em laboratório de eletroquímica.

(Imagem gerada apenas para fins ilustrativos)

Íon de lítio As baterias funcionam por meio de um mecanismo de intercalação, uma inserção reversível de íons em um material hospedeiro em camadas. Durante a descarga, lítio Os íons ([latex]Li^+[/latex]) se desintercalam de um eletrodo negativo (ânodo), tipicamente grafite, e se movem através de um eletrólito não aquoso para se intercalarem em um eletrodo positivo (cátodo), tipicamente um óxido metálico. Os elétrons viajam através do circuito externo, criando corrente.

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.

Este processo é altamente reversível e não altera drasticamente a estrutura do material hospedeiro, o que resulta em um longo ciclo de vida com degradação mínima. O movimento dos íons é facilitado por um eletrólito orgânico não aquoso, visto que o lítio é altamente reativo com a água. Um separador de polímero microporoso impede o contato entre o ânodo e o cátodo, evitando curto-circuito, ao mesmo tempo que permite a passagem dos íons.

During charging, an external voltage forces the process to reverse: lithium ions are extracted from the cathode, travel back across the electrolyte, and re-insert into the graphite anode. The high electrochemical potential of lithium, combined with its low atomic weight, allows for batteries with very high energy density and specific energy, which is why they have revolutionized portable electronics and are enabling the transition to electric vehicles.

UNESCO Nomenclature: 2203
Eletroquímica

Tipo

Processo Químico

Interrupção

Revolucionário

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • Descoberta do lítio metálico e seu elevado potencial eletroquímico
  • Pesquisa fundamental sobre compostos de intercalação na década de 1970
  • Desenvolvimento de eletrólitos não aquosos estáveis
  • Protótipos iniciais e inseguros de baterias recarregáveis ​​de lítio metálico.

Aplicações

  • smartphones, laptops e tablets
  • veículos elétricos (VEs)
  • ferramentas elétricas sem fio e equipamentos de jardinagem
  • sistemas de armazenamento de energia em escala de rede
  • dispositivos médicos implantáveis ​​e aparelhos auditivos

Patentes:

  • US4357215A

Ideias de Inovação Potencial

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Relacionado a: íon-lítio, intercalação, ânodo, cátodo, eletrólito, recarregável, densidade de energia, grafite.

Contexto histórico

Mecanismo de intercalação de íons de lítio

1970
1970
1975
1980
1980
1980
1984
1970
1970
1974-11-15
1980
1980
1980
1984
1985

(Caso a data seja desconhecida ou irrelevante, por exemplo, "mecânica dos fluidos", é fornecida uma estimativa aproximada de seu surgimento notável)

Princípios relacionados à invenção, inovação e tecnologia

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