Czasopismo | PRZEMYSŁ CHEMICZNY | Rocznik 2016 - zeszyt 1

Trends of development of rechargeable lithium batteries Kierunki rozwoju akumulatorów litowych

10.15199/62.2016.1.10

Michał Świętosławski

nr katalogowy: 96173
10.15199/62.2016.1.10

Fundamentals and a review, with 122 refs., of the Li batteries. The commercial materials used in Li-ion cells, new promising electrode materials and new and most favorable trends in development of Li-ion systems were presented. Przedstawiono podstawowe informacje dotyczące budowy i zasady działania akumulatorów litowych. Ponadto przedstawiono i scharakteryzowano materiały do budowy ogniw typu Li-ion oraz wskazano kierunki rozwoju tej technologii. Bardzo szybki rozwój technologiczny w czasie ostatniego półwiecza spowodował, że zaawansowane bezprzewodowe urządzenia elektroniczne stały się tanie i powszechnie dostępne1-6). W 2012 r. na całym świecie sprzedano ponad 1,74 mld telefonów komórkowych oraz ponad 323 mln innych przenośnych urządzeń elektronicznych (m.in. laptopy, tablety)7). Wszystkie te urządzenia wymagają wydajnych i niedrogich źródeł energii. Duża gęstość magazynowanej energii jest kluczowym parametrem odwracalnych ogniw litowych (Li-ion), który wyróżnia je spośród innych akumulatorów, takich jak akumulatory niklowo-kadmowe (NiCd), niklowo-wodorowe (NiMH) czy tradycyjne akumulatory kwasowo-ołowiowe. Duża pojemność, wysoki potencjał pracy i stabilność w cyklach ładowania/rozładowania spowodowała, że akumulatory litowe zdominowały rynek przenośnych źródeł energii. Na rys. 1 przedstawiono zmianę wartości światowego rynku akumulatorów w latach 1995-2012 z uwzględnieniem udziału najpopularniejszych akumulatorów (Li-ion, NiMH, NiCd), z pominięciem akumulatorów kwasowo-ołowiowych, które nie stanowią bezpośredniej konkurencji dla akumulatorów litowych ze względu na inne obszary zastosowań. Rynek akumulatorów litowych w 2012 r. wart był ponad 10,5 mld USD i jego wartość wzrosła o 14% w porównaniu z 2011 r. Analizy rynku prowadzone przez agencję Avicenne Energy przewidują wykładniczy wzrost produkcji akumulatorów litowych w kolejnych dekadach7, 8).Akumulatory litowe poza zastosowaniem w przenośnych urządzeniach elektroniczn[...]

Bibliografia

[1] J.M. Tarascon, M. Armand, Nature 2001, 414, nr 6861, 359.
[2] A. G. Ritchie, J. Power Sources 2004, 136, nr 2, 285.
[3] M. Armand, J.M. Tarascon, Nature 2008, 451, nr 7179, 652.
[4] P.G. Bruce, Solid State Ionics 2008, 179, nr 21-26, 752.
[5] B. Scrosati, J. Garche, J. Power Sources 2010, 195, nr 9, 2419.
[6] V. Etacheri, R. Marom, R. Elazari, G. Salitra, D. Aurbach, Energ. Environ. Sci. 2011, 4, nr 9, 3243.
[7] Avicenne Energy, The worldwide battery market 2012-2025, Report, 2013.
[8] Avicenne Energy, Battery market development. Materials requirements and trends 2012-2025, Report, 2013.
[9] P.G. Bruce, Chem. Commun. 1997, 19, 1817.
[10] G.A. Nazri, P. Gianfranco, Lithium batteries. Science and technology, Springer, 2009.
[11] M.S. Whittingham, Science 1976, 192, nr 4244, 1126.
[12] M. Mohri, N. Yanagisawa, Y. Tajima, H. Tanaka, T. Mitate, S. Nakajima, M. Yoshida, Y. Yoshimoto, T. Suzuki, H. Wada, J. Power Sources 1989, 26, nr 3-4, 545.
[13] K. Mizushima, P.C. Jones, P.J. Wiseman, J.B. Goodenough, Mater. Res. Bull. 1980, 15, nr 6,783.
[14] M.M. Thackeray, W.I.F. David, P.G. Bruce, J.B. Goodenough, Mater. Res. Bull. 1983, 18, nr 4, 461.
[15] D. Linden, T.B. Reddy, Handbook of batteries, McGraw-Hill, 2002.
[16] T. Nagaura, K. Tozawa, Prog. Batteries Solar Cells 1990, 9, 209.
[17] J.W. Fergus, J. Power Sources 2010, 195, nr 4, 939.
[18] M. Wakihara, O. Yamamoto, Lithium ion batteries. Fundamentals and performance, Kodansha Wiley-VCH, 1998.
[19] S. Needham, G.X. Wang, H.K. Liu, V. Drozd, R.S. Liu, J. Power Sources 2007, 174, nr 2, 828.
[20] Z. Chen, J.R. Dahn, Electrochem. Solid St. 2004, 7, nr 1, A11.
[21] T. Ohzuku, A. Ueda, J. Electrochem. Soc. 1994, 141, nr 11, 2972.
[22] D. Doughty, E.P. Roth, Electrochem. Soc. Interface 2012, 21, nr 2, 37.
[23] D. Belov, M.H. Yang, J. Solid State Electr. 2007, 12, nr 7-8, 885.
[24] A. Jansen, A.J. Kahaian, K.D. Kepler, P.A. Nelson, K. Amine, D.W. Dees, D.R. Vissers, M.M. Thackeray, J. Power Sources 1999, 81-82, 902.
[25] T. Ohzuku, A. Ueda, N. Yamamoto, Y. Iwakoshi, J. Power Sources1995, 54, nr 1, 99.
[26] J.S. Bridel, S. Grugeon, S. Laruelle, J. Hassoun, P. Reale, B. Scrosati, J.M. Tarascon, J. Power Sources 2010, 195, nr 7, 2036.
[27] Z.X. Shu, R.S. McMillan, J.J. Murray, J. Electrochem. Soc. 1993, 140, nr 4, 922.
[28] D. Aurbach, B. Markovsky, I. Weissman, E. Levi, Y. Ein-Eli, Electrochim. Acta 1999,45, nr 1-2, 67.
[29] P.B. Balbuena, W. Yixuan, Lithium-ion batteries. Solid-electrolyte interphase, Imperial College Press, 2004.
[30] S. Zhang, M.S. Ding, K. Xu, J. Allen, T.R. Jow, Electrochem. Solid St. 2001,4, 12.
[31] K. Edström, M. Herstedt, D.P. Abraham, J. Power Sources 2006, 153, nr 2, 380.
[32] D. Aurbach, Solid State Ionics 2002, 148, nr 3-4, 405.
[33] Y. Ein-Eli, Electrochem. Solid St. 1999, 2, nr 5, 212.
[34] D. Aurbach, B. Markovsky, A. Shechter, Y. Ein-Eli, H. Cohen, J. Electrochem. Soc. 1996, 143, nr 12, 3809.
[35] P.G. Bruce, B. Scrosati, J.M. Tarascon, Angew. Chem. 2008, 47, nr 16, 2930.
[36] R. Marom, S.F. Amalraj, N. Leifer, D. Jacob, D. Aurbach, J. Mater. Chem. 2011, 21, 9938.
[37] A. Patil, J.W. Choi, Mat. 2006 IEEE Nanotech Mater Devices Conf. 2006, Vd, 196.
[38] A. Patil, V. Patil, D. Wook Shin, J.W. Choi, D.S. Paik, S.J. Yoon, Mater. Res. Bull. 2008, 43, nr 8-9, 1913.
[39] A.K. Shukla T.P. Kumar, Current 2008, 94, 3.
[40] J. Hassoun, K.S. Lee, Y.K. Sun, B. Scrosati, J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, nr 9, 3139.
[41] F. Béguin, E. Frackowiak, Carbons for electrochemical energy storage and conversion systems, CRC Press, 2010.
[42] A.S. Prakash, P. Manikandan, K. Ramesha, M. Sathiya, J.M. Tarascon, A.K. Shukla, Chem. Mater. 2010, 22, nr 9, 2857.
[43] J. Cabana, L. Monconduit, D. Larcher, M.R. Palacín, Adv. Mater. 2010, 22, E170.
[44] L. Ji, Z. Lin, M. Alcoutlabi, X. Zhang, Energ. Environ. Sci. 2011, 4, nr 8, 2682.
[45] D. Larcher,C. Masquelier, D. Bonnin, Y. Chabre, V. Masson, J.B. Leriche, J.M. Tarascon, J. Electrochem. Soc. 2003, 150, nr 1, A133.
[46] J. Chen, L. Xu, W. Li, X. Gou, Adv. Mater. 2005, 17, nr 5, 582.
[47] S. Liu, L. Zhang, J. Zhou, J. Xiang, J. Sun, Chem. Mater. 2008, 8, 3623.
[48] Z.S. Wu, W. Ren, L. Wen, L. Gao, J. Zhao, Z. Chen, G. Zhou, F. Li, H.M. Cheng, ACS Nano 2010, 4, nr 6, 3187.
[49] M.M. Thackeray, Prog. Solid. State Chem. 1997, 25, nr 1-2, 1.
[50] X. Ji, P.S. Herle, Y. Rho, L.F. Nazar, Chem. Mater. 2007, 4, 374.
[51] B.M.L. Rao, R.W. Francis, H.A. Christopher, J. Electrochem. Soc. 1977, 124, 1490.
[52] C.M. Park, J.H. Kim, H. Kim, H.J. Sohn, Chem. Soc. Rev. 2010, 39, nr 8, 3115.
[53] N. Liu, Z. Lu, J. Zhao, T. McDowell, H.W. Lee, W. Zhao, Y. Cui, Nat. Nanotechnol. 2014, 9, nr 3, 187.
[54] C. Wang, H. Wu, Z. Chen, T. McDowell, Y. Cui, Z. Bao, Nature 2013, 5, nr 12, 1042.
[55] T. McDowell, S.W. Lee, W.D. Nix, Y. Cui, Adv. Mater. 2013, 25, 4966.
[56] H. Wu, Nature 2013, 4, 1943.
[57] D. Aurbach, Y. Talyosef, B. Markovsky, E. Markevich, E. Zinigrad, L. Asraf, J.S. Gnanaraj, H.J. Kim, Electrochim. Acta 2004, 50, nr 2-3, 247.
[58] S.S. Zhang, J. Power Sources 2006, 162, nr 2, 1379.
[59] D. Aurbach, B. Markovsky, G. Salitr, E. Markevich, Y. Talyossef, M. Koltypin, L. Nazar, B. Ellis, D. Kovachev, J. Power Sources 2007, 165, nr 2, 491.
[60] H. Yang, G.V. Zhuang, P.N. Ross, J. Power Sources 2006, 161, nr 1, 573.
[61] T. Kawamura, A. Kimura, M. Egashira, S. Okada, J.I. Yamaki, J. Power Sources 2002, 104, nr 2, 260.
[62] G. Moumouzias, G. Ritzoulis, D. Siapkas, D. Terzidis, J. Power Sources 2003, 122, nr 1, 57.
[63] A.J. Bhattacharyya, J. Maier, Adv. Mater. 2004, 16, nr 9-10, 811.
[64] F.M. Gray, Solid polymer electrolytes. Fundamentals and technological applications, VCH, 1991.
[65] B. Scrosati, C.A. Vincent, MRS Bull, 2000, 25, 28.
[66] J. Syzdek, R. Borkowska, K. Perzyna, J.M. Tarascon, W. Wieczorek, J. Power Sources 2007, 173, nr 2, 712.
[67] J. Syzdek, M. Armand, M. Gizowska, M. Marcinek, E. Sasim, M. Szafran, W. Wieczorek, J. Power Sources 2009, 194, nr 1, 66.
[68] M.A. De Paoli, G. Casalbore-Miceli, E. Girotto, W. Gazotti, Electrochim. Acta 1999, 44, 2983.
[69] J. Syzdek, M. Armand, M. Marcinek, A. Zalewska, G. Żukowska, W. Wieczorek, Electrochim. Acta 2010, 55, nr 4, 1314.
[70] A. Lewandowski, A. Świderska-Mocek, J. Power Sources 2009, 194, nr 2, 601.
[71] R.V. Moshtev, P. Zlatilova, V. Manev, A. Sato, J. Power Sources 1995, 54, nr 2, 329.
[72] S. Yamada, M. Fujiwara, M. Kanda, J. Power Sources 1995, 54, nr 2, 209.
[73] J.N. Reimers, E.W. Fuller, E. Rossen, J.R. Dahn, J. Electrochem. Soc. 1993, 140, 12.
[74] B. Ammundsen, J. Desilvestro, T. Groutso, D. Hassell, J.B. Metson, E. Regan, R. Steiner, P.J. Pickering, J. Electrochem Soc. 2000, 147, nr 11, 4078.
[75] W. Luo, F. Zhou, X. Zhao, Z. Lu, X. Li, J.R. Dahn, Chem. Mater. 2010, 22, nr 3, 1164.
[76] J. Li, R. Klöpsch, M.C. Stan, S. Nowak, M. Kunze, M. Winter, S. Passerini, J. Power Sources 2011, 196, 10, 4821.
[77] X. Zhang, W.J. Jiang, A. Mauger, F. Gendron, C.M. Julien, J. Power Sources 2010, 195, nr 5, 1292.
[78] X.M. He, J. Solid State Electr. 2004, 9, nr 6, 438.
[79] J.Y. Luo, Y.G. Wang, H.M. Xiong, Y.Y. Xia, Synthesis 2007, 4791.
[80] D.H. Jang, Y.J. Shin, S.M. Oh, J. Electrochem. Soc. 1996, 143, nr 7, 2204.
[81] A.K. Padhi, K.S. Nanjundaswamy, J.B. Goodenough, J. Electrochem. Soc. 1997, 144, nr 4, 1188.
[82] Z. Li, D. Zhang, F. Yang, J. Mater. Sci. 2009, 44, nr 10, 2435.
[83] X.L. Wu, L.Y. Jiang, F.F. Cao, Y.G. Guo, L.J. Wan, Adv. Mater. 2009, 21, 2710.
[84] C. Masquelier, L. Croguennec, Chem. Rev. 2013, 113, nr 8, 6552.
[85] S.Y. Chung, J.T. Bloking, Y.M. Chiang, Nat. Mater. 2002, 1, nr 2, 123.
[86] M. Gaberscek, R. Dominko, J. Jamnik, Electrochem. Commun. 2007, 9, nr 12, 2778.
[87] J. Wang, X. Sun, Energy Environ. Sci. 2012, 5, 5163.
[88] R. Shahid, S. Murugavel, Phys. Chem. Chem. Phys. 2013, 15, 18809.
[89] D. Wang, H. Li, S. Shi, X. Huang, L. Chen, Electrochim. Acta 2005, 50, nr 14, 2955.
[90] M. Wagemaker, B.L. Ellis, D. Lutzenkirchen-Hecht, F.M. Mulder, L.F. Nazar, Chem. Mater. 2008, 20, 6313.
[91] L. Laffont, C. Delacourt, P. Gibot, M. Yue Wu, P. Kooyman, C. Masquelier, J.M. Tarascon†, Chem. Mater. 2006, 18, 5520.
[92] R. Benedek, M.M. Thackeray, Phys. Rev., B 1999, 60, nr 9, 6335.
[93] V. Pralong, V. Gopal, V. Caignaert, V. Duffort, B. Raveau, Chem. Mater. 2012, 24, 12.
[94] A. Nyten, A. Abouimrane, M. Armand, T. Gustafsson, J. Thomas, Electrochem. Commun. 2005, 7, nr 2, 156.
[95] M.E. Arroyo-deDompablo, M. Armand, J. Tarascon, U. Amador, Electrochem. Commun. 2006, 8, nr 8, 1292.
[96] R. Dominko, M. Bele, M. Gaberscek, A. Meden, M. Remskar, J. Jamnik, Electrochem. Commun. 2006, 8, nr 2, 217.
[97] S. Wu, Z. Zhu, Y. Yang, Z. Hou, Comp. Mater. Sci. 2009, 44, nr 4, 1243.
[98] K. Zaghib, A. Aitsalah, N. Ravet, A. Mauger, F. Gendron, C. Julien, J. Power Sources 2006, 160, nr 2, 1381.
[99] C. Lyness, B. Delobel, R. Armstrong, P.G. Bruce, Chem. Commun. 2007, 46, 4890.
[100] S. Nishimura, S. Hayase, R. Kanno, M. Yashima, N. Nakayama, A. Yamada, J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, nr 40, 13212.
[101] M.E. Arroyo-deDompablo, U. Amador, J.M. Gallardo-Amores, E. Morán, H. Ehrenberg, L. Dupont, R. Dominko, J. Power Sources 2009, 189, nr 1, 638.
[102] H. Guo, K. Xiang, X. Cao, X. Li, Z. Wang, L. Li, T Nonferr. Metall. Soc. 2009, 19, 1.
[103] L.M. Li, H.J. Guo, X.H. Li, Z.X. Wang, W.J. Peng, K.X. Xiang, Xuan Cao, J. Power Sources 2009, 189, nr 1, 45.
[104] R. Dominko, I. Arčon, A. Kodre, D. Hanžel, M. Gaberšček, J. Power Sources 2009, 189, nr 1, 51.
[105] Z. Dong Peng, Y. Bing Cao, G. Rong Hu, K. Du, X. Guang Gao, Z. Wei Xiao, Chinese Chem. Lett. 2009, 20, nr 8, 1000.
[106] D. Ensling, M. Stjerndahl, A. Nytén, T. Gustafsson, J.O. Thomas, J. Mater. Chem. 2009, 19, nr 1, 82.
[107] C. Deng, S. Zhang, B.L. Fu, S.Y. Yang, L. Ma, Mater. Chem. Phys. 2010, 120, nr 1, 14
[108] A. Boulineau, C. Sirisopanaporn, R. Dominko, R. Armstrong, P.G. Bruce, C. Masquelier, Dalton T 2010, 39, 6310.
[109] R. Dominko, M. Bele, A. Kokalj, M. Gaberscek, J. Jamnik, J. Power Sources 2007, 174, nr 2, 457.
[110] Y.-X. Li, Z.-L. Gong, Y. Yang, J. Power Sources 2007, 174, nr 2, 528.
[111] V.V. Politaev, A.A. Petrenko, V.B. Nalbandyan, B.S. Medvedev, E.S. Shvetsova, J. Solid State Chem. 2007, 180, nr 3, 1045.
[112] M.E. Arroyo-deDompablo, R. Dominko, J.M. Gallardo-Amores, L. Dupont, G. Mali, H. Ehrenberg, J. Jamnik, E. Moran, Chem. Mater. 2008, 20, nr 17, 5574.
[113] W. Liu, Y. Xu, R. Yang, J. Alloys Compounds 2009, 480, nr 2, L1.
[114] V. Aravindan, K. Karthikeyan, S. Ravi, S. Amaresh, W.S. Kim, Y.S. Lee, J. Mater. Chem. 2010, 20, nr 35, 7340.
[115] Z.L. Gong, Y.X. Li, Y. Yang, J. Power Sources 2007, 174, nr 2, 524.
[116] S. Wu, J. Zhang, Z. Zhu, Y. Yang, Curr. Appl. Phys. 2007, 7, nr 6, 611.
[117] R. Armstrong, C. Lyness, M. Ménétrier, P.G. Bruce, Chem. Mater. 2010, 22, nr 5, 1892.
[118] A. Kokalj, R. Dominko, G. Mali, A. Meden, M. Gaberscek, J. Jamnik, Chem Mater. 2007, 19, nr 15, 3633.
[119] R. Dominko, J. Power Sources 2008, 184, nr 2, 462.
[120] C. Deng, S. Zhang, S.Y. Yang, J. Alloys Compounds 2009, 487, nr 1-2, L18.
[121] K. Karthikeyan,V. Aravindan, S.B. Lee, I.C. Jang, H.H. Lim, G.J. Park, M. Yoshio, Y.S. Lee, J. Power Sources 2010, 195, nr 11, 3761.
[122] P. Larsson, R. Ahuja, A. Liivat, J.O. Thomas, Comp. Mater. Sci. 2010, 47, nr 3, 678.

Zeszyt


PRZEMYSŁ CHEMICZNY - e-zeszyt (pdf) 2016-1 licencja: Osobista Produkt cyfrowy	55.00 zł
PRZEMYSŁ CHEMICZNY - e-zeszyt (pdf) 2016-10 licencja: Osobista Produkt cyfrowy	55.00 zł
PRZEMYSŁ CHEMICZNY - e-zeszyt (pdf) 2016-11 licencja: Osobista Produkt cyfrowy	55.00 zł
PRZEMYSŁ CHEMICZNY - e-zeszyt (pdf) 2016-12 licencja: Osobista Produkt cyfrowy	55.00 zł

Prenumerata

PRZEMYSŁ CHEMICZNY - prenumerata cyfrowa
licencja: Osobista

Produkt cyfrowy
Nowość

762.00 zł

PRZEMYSŁ CHEMICZNY - prenumerata PLUS
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
PRZEMYSŁ CHEMICZNY - PAKIET prenumerata PLUS (Prenumerata papierowa + dostęp do portalu sigma-not.pl + e-prenumerata)	1002.00 zł brutto 927.78 zł netto 74.22 zł VAT (stawka VAT 8%)

1002.00 zł

PRZEMYSŁ CHEMICZNY - papierowa prenumerata roczna + wysyłka
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
PRZEMYSŁ CHEMICZNY - papierowa prenumerata roczna	960.00 zł brutto 888.89 zł netto 71.11 zł VAT (stawka VAT 8%)
PRZEMYSŁ CHEMICZNY - pakowanie i wysyłka	42.00 zł brutto 34.15 zł netto 7.85 zł VAT (stawka VAT 23%)

1002.00 zł

Open Access

Zeszyt

2016-1

Twój Koszyk

Zeszyt

Prenumerata

Open Access

Zeszyt

Czasopisma