Jump to content

Литий-металлический аккумулятор

CR2032 Литиевая батарейка
Литиевые 9 В , AA и AAA размеры . Верхний объект представляет собой батарею из трех элементов из диоксида лития и марганца; два нижних представляют собой элементы из дисульфида лития и железа и совместимы с щелочными элементами на 1,5 В.

Литий-металлические батареи — это первичные батареи используется металлический литий , в которых в качестве анода . Название намеренно относится к металлу, чтобы отличить их от литий-ионных батарей , в которых в качестве катодного материала используются литированные оксиды металлов. [1] Хотя большинство литий-металлических батарей не перезаряжаются, в стадии разработки также находятся перезаряжаемые литий-металлические батареи . С 2007 года Правила перевозки опасных грузов проводят различие между литий-металлическими батареями (UN 3090) и литий-ионными батареями (UN 3480). [2]

Они выделяются среди других аккумуляторов высокой плотностью заряда и высокой стоимостью единицы. В зависимости от конструкции и используемых химических соединений литиевые элементы могут выдавать напряжение от 1,5 В (сравнимо с угольно-цинковым или щелочным аккумулятором ) до примерно 3,7 В.

Одноразовые первичные литиевые батареи следует отличать от вторичных литий-ионных или литий-полимерных . [3] которые являются перезаряжаемыми батареями и не содержат металлического лития. Литий особенно полезен, поскольку его ионы могут перемещаться между анодом и катодом , используя интеркалированное лития соединение в качестве материала катода, но без использования металлического лития в качестве материала анода. Чистый литий мгновенно вступит в реакцию с водой или даже с влагой воздуха; Литий в литий-ионных батареях представляет собой менее реакционноспособное соединение.

Литиевые батареи широко используются в портативных бытовых электронных устройствах. Термин «литиевая батарея» относится к семейству различных литий-металлических химических соединений, включающих множество типов катодов и электролитов , но все они имеют металлический литий в качестве анода. Аккумулятору требуется от 0,15 до 0,3 кг (от 5 до 10 унций) лития на кВтч. По конструкции в этих первичных системах используется заряженный катод, представляющий собой электроактивный материал с кристаллографическими вакансиями, которые постепенно заполняются во время разряда.

Схема литиевой таблеточной батареи с MnO 2 (диоксидом марганца) на катоде

Наиболее распространенный тип литиевого элемента, используемый в потребительских целях, использует металлический литий в качестве анода и диоксид марганца в качестве катода, а соль лития, растворенную в органическом растворителе, в качестве электролита. [4]

Литий-ионный аккумулятор
Кривая цены и емкости литий-ионных аккумуляторов с течением времени; цена на эти батареи снизилась на 97% за три десятилетия.

Литий — это щелочной металл с наименьшей плотностью, наибольшим электрохимическим потенциалом и соотношением энергии к весу . Низкий атомный вес и небольшой размер ионов также ускоряют его диффузию, что, вероятно, делает его идеальным материалом для батарей. [5] Эксперименты с литиевыми батареями начались в 1912 году под руководством американского физико-химика Гилберта Н. Льюиса , но коммерческие литиевые батареи не поступали на рынок до 1970-х годов в виде литий-ионных батарей . [6] [7] Литиевые первичные элементы на три В, такие как тип CR123A и ​​кнопочные элементы на три В, до сих пор широко используются, особенно в камерах и очень маленьких устройствах.

Три важных события, касающихся литиевых батарей, произошли в 1980-х годах. В 1980 году американский химик Джон Б. Гуденаф открыл катод LiCoO 2 ( оксид лития-кобальта ) (положительный свинец), а марокканский ученый-исследователь Рашид Язами открыл графитовый анод (отрицательный свинец) с твердым электролитом. В 1981 году японские химики Токио Ямабе и Сидзукуни Ята открыли новый наноуглеродистый PAS (полиацен). [8] и обнаружили, что он очень эффективен для анода в обычном жидком электролите. [9] [10] Это побудило исследовательскую группу под руководством Акиры Ёсино из Asahi Chemical , Япония, создать в 1985 году первый прототип литий-ионной батареи , перезаряжаемую и более стабильную версию литиевой батареи; Sony вывела на рынок литий-ионный аккумулятор в 1991 году. [11] В 2019 году Джон Гуденаф, Стэнли Уиттингем и Акира Ёсино были удостоены Нобелевской премии по химии за разработку литий-ионных батарей. [12]

В 1997 году литий-полимерный аккумулятор Sony и Asahi Kasei выпустили . В этих батареях электролит содержится в твердом полимерном композите, а не в жидком растворителе, а электроды и сепараторы ламинированы друг с другом. Последнее отличие позволяет заключать батарею в гибкую обертку, а не в жесткий металлический корпус, что означает, что такие батареи могут иметь специальную форму, подходящую для конкретного устройства. Это преимущество способствовало использованию литий-полимерных батарей в конструкции портативных электронных устройств, таких как мобильные телефоны и персональные цифровые помощники , а также радиоуправляемых самолетов , поскольку такие батареи обеспечивают более гибкую и компактную конструкцию. Обычно они имеют более низкую плотность энергии , чем обычные литий-ионные батареи.

Высокие затраты и опасения по поводу добычи полезных ископаемых, связанные с химией лития, возобновили интерес к разработке натрий-ионных аккумуляторов , а первые выпуски электромобилей начнутся в 2023 году. [13]
Химия катод Электролит Номинальный
Напряжение
Обрыв цепи
Напряжение
Втч/кг Вт/л
Li–MnO 2
(Код МЭК: C) ,
"СР"
Термически обработанный диоксид марганца Перхлорат лития в органическом растворителе ( пропиленкарбонат и диметоксиэтан во многих распространенных элементах). [14] [15] [16] ) 3 V 3.3 V 280 580
«Ли–Мн». Самая распространенная литиевая батарея потребительского класса, занимающая около 80% рынка литиевых батарей. Используются недорогие материалы. Подходит для малозатратных, долговечных и недорогих применений. Высокая плотность энергии как по массе, так и по объему. Диапазон рабочих температур от -30 °C до 60 °C. Может выдавать высокие импульсные токи. [17] При разряде внутреннее сопротивление увеличивается, а напряжение на клеммах уменьшается. Высокий саморазряд при высоких температурах. 1,2-Диметоксиэтан является REACH веществом- кандидатом , вызывающим очень большую озабоченность .
Li–(CF) x
(Код МЭК: B) ,
"БР"
Монофторид углерода Тетрафторборат лития в пропиленкарбонате , диметоксиэтане или гамма-бутиролактоне. 3 V 3.1 V 360–500 1,000
Катодный материал образуется путем высокотемпературной интеркаляции газообразного фтора в графитовый порошок. По сравнению с диоксидом марганца (CR), имеющим такое же номинальное напряжение, он обеспечивает большую надежность. [17] Используется для приложений с низким и средним током в батареях памяти и резервных батареях часов. Используется в аэрокосмической отрасли, сертифицирован для использования в космосе с 1976 года, в военных целях, как наземных, так и морских, в ракетах и ​​в искусственных кардиостимуляторах . [18] Работает примерно до 80°C. Очень низкий саморазряд (<0,5%/год при 60 °C, <1%/год при 85 °C). Разработан в 1970-х годах компанией Matsushita . [19]
Li–FeS 2
(Код МЭК: F) ,
"ФР"
Дисульфид железа Пропиленкарбонат , диоксолан , диметоксиэтан 1.4–1.6 V 1.8 V 297 [20]
«Литий-железо», «Li/Fe». Названный «совместимым по напряжению» литием, он может заменить щелочные батареи с номинальным напряжением 1,5 В. Таким образом, литиевые элементы Energizer типа AA [21] и размер AAA используют этот химический состав. Срок службы в 2,5 раза выше при сильноточном режиме разряда, чем у щелочных батарей, лучший срок хранения за счет меньшего саморазряда (10–20 лет). FeS2 стоит дешево. Катод часто представляет собой пасту из порошка сульфида железа, смешанного с порошкообразным графитом. Вариант Li–CuFeS 2 .
Li–SOCl 2
(Код МЭК: E)
Тионилхлорид Тетрахлоралюминат лития в тионилхлориде 3.5 V 3.65 V 500–700 1,200
Жидкий катод. Для низкотемпературных применений. Может работать при температуре до −55 °C, сохраняя при этом более 50 % номинальной мощности. Незначительное количество газа, вырабатываемого при номинальном использовании, ограниченное количество при злоупотреблении. Имеет относительно высокий внутренний импеданс и ограниченный ток короткого замыкания. Высокая плотность энергии, около 500 Втч/кг. Токсично. Электролит реагирует с водой. Слаботочные элементы используются для портативной электроники и резервного копирования памяти. Сильноточные элементы используются в военных целях. При длительном хранении образуется пассивирующий слой на аноде , что может привести к временной задержке напряжения при вводе в эксплуатацию. Высокая стоимость и соображения безопасности ограничивают использование в гражданских целях. Может взорваться при замыкании. Лабораториям страховщиков требуется обученный техник для замены этих батарей. Отгрузка опасных отходов 9 класса опасности. [22] Не используется для аккумуляторов потребительского или общего назначения.
Li–SOCl 2 ,BrCl, Li–BCX
(Код МЭК: E)
Тионилхлорид с хлоридом брома Тетрахлоралюминат лития в тионилхлориде 3.7–3.8  V 3.9 V 350 770
Жидкий катод. Вариант тионилхлоридной батареи с более высоким напряжением на 300 мВ. Более высокое напряжение снова падает до 3,5 В, как только хлорид брома израсходуется в течение первых 10–20% разряда. Считается, что клетки с добавлением хлорида брома более безопасны при злоупотреблениях.
Li–SO 2 Cl 2
(Код МЭК: Y)
Сульфурилхлорид Тетрахлоралюминат лития в сульфурилхлориде 3.7 V 3.95 V 330 720
Жидкий катод. Похож на тионилхлорид. Разряд не приводит к накоплению элементарной серы, которая, как полагают, участвует в некоторых опасных реакциях, поэтому сульфурилхлоридные батареи могут быть более безопасными. Коммерческое внедрение затруднено из-за склонности электролита разъедать литиевые аноды, сокращая срок хранения. хлор В некоторые клетки добавляют , чтобы сделать их более устойчивыми к злоупотреблениям. Сульфурилхлоридные элементы дают меньший максимальный ток, чем тионилхлоридные, из-за поляризации угольного катода. Сульфурилхлорид бурно реагирует с водой с выделением хлористого водорода и серной кислоты. [23]
Li– SO2
(Код МЭК: W)
Диоксид серы на тефлоном. связанном углероде, Бромид лития в диоксиде серы с небольшим количеством ацетонитрила 2.85 V 3.0 V 250 400
Жидкий катод. Может работать при температуре до −55 °C и до +70 °C. Содержит жидкий SO 2 под высоким давлением. Требуется предохранительное отверстие, при некоторых условиях может взорваться. Высокая плотность энергии. Высокая стоимость. При низких температурах и больших токах работает лучше, чем Li–MnO 2 . Токсично. Ацетонитрил образует цианид лития и может образовывать цианид водорода при высоких температурах. [24] Используется в военных целях.

Добавление монохлорида брома может повысить напряжение до 3,9 В и увеличить плотность энергии. [25]

Ли – Я 2 Йод , смешанный и нагретый с поли-2-винилпиридином (P2VP), с образованием твердого органического комплекса с переносом заряда. Твердый мономолекулярный слой кристаллического йодида лития , который проводит ионы лития от анода к катоду, но не проводит йод. [26] 2.8 V 3.1 V
Твердый электролит. Очень высокая надежность и низкий уровень саморазряда. Используется в медицинских устройствах, требующих длительного срока службы, например, в кардиостимуляторах. Не выделяет газ даже при коротком замыкании. Твердотельная химия, ограниченный ток короткого замыкания, подходит только для слаботочных применений. Напряжение на клеммах уменьшается с увеличением степени разряда из-за осаждения йодида лития .
Li–Ag 2 CrO 4 Хромат серебра перхлората лития Раствор 3.1/2.6 V 3.45 V
Очень высокая надежность. Имеет плато 2,6 В после достижения определенного процента разряда, обеспечивает раннее предупреждение о предстоящем разряде. Разработан специально для медицинских применений, например, для имплантируемых кардиостимуляторов.
Li–Ag 2 В 4 О 11 ,
Ли–СВО,
Ли – CSVO
Оксид серебра + пентаоксид ванадия (SVO) гексафторфосфат лития или гексафторарсенат лития в пропиленкарбонате с диметоксиэтаном
Используется в медицинских целях, таких как имплантируемые дефибрилляторы, нейростимуляторы и системы для введения лекарств. Также планируется использовать в другой электронике, например в аварийных передатчиках-локаторах . Высокая плотность энергии. Длительный срок хранения. Способны к непрерывной работе при номинальной температуре 37 °C. [27] Двухступенчатый разряд с плато. Выходное напряжение снижается пропорционально степени разряда. Устойчив к злоупотреблениям.
Li–CuO
(Код МЭК: G) ,
"ГР"
Оксид меди(II) Перхлорат лития, растворенный в диоксолане. 1.5 V 2.4 V
Может работать при температуре до 150 °C. Разработан как замена угольно-цинковых и щелочных батарей. Проблема «повышения напряжения», большая разница между напряжением холостого хода и номинальным напряжением. Производился до середины 1990-х годов, заменен сульфидом лития и железа. Текущее использование ограничено.
Li–Cu 4 O(PO 4 ) 2 Оксифосфат меди
См. Li – CuO.
Li–CuS Сульфид меди Литиевая соль или соль, такая как хлорид тетраалкиламмония, растворенная в LiClO 4 в органическом растворителе, который представляет собой смесь 1,2-диметоксиэтана, 1,3-диоксолана и 2,5-диметилоксазола в качестве стабилизатора. [28] 1.5 V
Li–PbCuS Сульфид свинца и сульфид меди 1.5 V 2.2 V
Li–FeS Сульфид железа Пропиленкарбонат , диоксолан , диметоксиэтан 1.5–1.2 V
«Литий-железо», «Li/Fe». используется в качестве замены щелочных батарей . См. дисульфид лития-железа.
Li–Bi 2 Pb 2 O 5 Висмутат свинца 1.5 V 1.8 V
Замена серебряно-оксидных батарей с более высокой плотностью энергии, меньшей склонностью к утечкам и лучшими характеристиками при более высоких температурах.
Li–Bi 2 O 3 Триоксид висмута 1.5 V 2.04 V
Li–V 2 O 5 Пятиокись ванадия 3.3/2.4 V 3.4 V 120/260 300/660
Два разгрузочных плато. Низкое давление. Перезаряжаемый. Используется в резервных батареях .
Li–CuCl 2 Хлорид меди LiAlCl 4 или LiGaCl 4 в SO 2 , жидкий неорганический неводный электролит.
Перезаряжаемый. Этот элемент имеет три плато напряжения при разряде (3,3 В, 2,9 В и 2,5 В). [29] Разряд ниже первого плато сокращает срок службы элемента. [29] Комплексная соль, растворенная в SO 2 , имеет более низкое давление паров при комнатной температуре, чем чистый диоксид серы. [30] что делает конструкцию более простой и безопасной, чем у батарей Li–SO 2 .
Li/Al–MnO 2 , «ML» Диоксид марганца 3 V [31]
Перезаряжаемый. Анод представляет собой литий-алюминиевый сплав. [31] [32] В основном продается компанией Maxell .
Li/Al–V 2 O 5 , «ВЛ» Пятиокись ванадия 3 V [33]
Перезаряжаемый. Анод представляет собой сплав Li–Al. [34]
Ли – Се Селен неводные карбонатные электролиты 1.9 V [35]
Ли-эйр Пористый углерод Органические, водные, стеклокерамические (полимерно-керамические композиты) 1,800–660 [36] 1,600–600 [36]
Перезаряжаемый. По состоянию на 2012 год Коммерческая реализация невозможна из-за трудностей с выполнением нескольких циклов разрядки без потери емкости. [36] Существует множество возможных реализаций, каждая из которых имеет различную энергетическую мощность, преимущества и недостатки. В ноябре 2015 года группа исследователей из Кембриджского университета продолжила работу над литий-воздушными батареями, разработав процесс зарядки, способный продлить срок службы батареи и повысить ее эффективность. Результатом их работы стала батарея, которая обеспечивала высокую плотность энергии, эффективность более 90% и могла перезаряжаться до 2000 раз. Литий-воздушные батареи называют «совершенными» батареями, поскольку они обеспечивают высокую теоретическую плотность энергии, в десять раз превышающую энергию, предлагаемую обычными литий-ионными батареями. Впервые они были разработаны в исследовательской среде Авраамом и Цзяном в 1996 году. [37] В сентябре 2021 года Toyota представила автомобиль с работающим твердотельным аккумулятором; из-за стоимости компания планирует использовать его в гибридном автомобиле в 2025 году, прежде чем перейти к полностью электрическим автомобилям. [38] Другие компании, работающие над коммерциализацией, включают QuantumScape и Solid Power (финансируемые Ford Motor Company и BMW ). [38]
Li–FePO 4 Литий-железо-фосфат этиленкарбонат диметилкарбонат (EC–DMC) 1–1 перхлорат лития ( LiClO
4
) 1М
3.0 ~ 3.2 V 3.2 V 90–160 [39] [40] 325 Втч/л
(1200 кДж/л) [40]
Удельная емкость LiFePO
4
выше, чем у родственного оксида лития-кобальта ( LiCoO
2
) химия, но плотность энергии у него меньше из-за меньшего рабочего напряжения. Главный недостаток LiFePO
4
– его низкая электропроводность. Из-за низкой стоимости, низкой токсичности, четко определенных характеристик, долгосрочной стабильности и т. д. LiFePO.
4
находит ряд ролей в использовании транспортных средств, стационарных приложениях коммунального масштаба и резервном питании.

Калифорнийский университет в Сан-Диего разработал химический состав электролита, который позволяет литиевым батареям работать при температурах до -60 °C. Электролиты также позволяют электрохимическим конденсаторам работать при температуре до -80 °C. Предыдущий предел низкой температуры составлял -40 °C. Высокая производительность при комнатной температуре по-прежнему сохраняется. Это может улучшить плотность энергии и безопасность литиевых батарей и электрохимических конденсаторов. [41]

Приложения

[ редактировать ]

Литиевые батареи находят применение во многих долговечных критически важных устройствах, таких как кардиостимуляторы и другие имплантируемые электронные медицинские устройства. В этих устройствах используются специализированные литий-йодидные батареи, рассчитанные на срок службы 15 и более лет. Но для других, менее важных приложений, таких как игрушки , литиевая батарея может фактически пережить устройство. В таких случаях дорогая литиевая батарея может оказаться нерентабельной.

Литиевые батареи можно использовать вместо обычных щелочных элементов во многих устройствах, таких как часы и фотоаппараты . Хотя литиевые элементы стоят дороже, они обеспечивают гораздо более длительный срок службы, тем самым сводя к минимуму необходимость замены батарей. Однако необходимо обратить внимание на более высокое напряжение, развиваемое литиевыми элементами, прежде чем использовать их в качестве замены в устройствах, в которых обычно используются обычные цинковые элементы.

Литиевые батареи также оказываются ценными в океанографических приложениях . Хотя литиевые аккумуляторы значительно дороже стандартных океанографических аккумуляторов, их емкость в три раза превышает емкость щелочных аккумуляторов. Высокая стоимость обслуживания удаленных океанографических приборов (обычно на кораблях) часто оправдывает эти более высокие затраты.

Размеры и форматы

[ редактировать ]

Маленькие литиевые батареи очень часто используются в небольших портативных электронных устройствах, таких как КПК , часы, видеокамеры, цифровые фотоаппараты, термометры, калькуляторы, BIOS (прошивка) персональных компьютеров, [42] коммуникационное оборудование и дистанционные замки автомобилей. Они доступны во многих формах и размерах, наиболее распространенной разновидностью является 3-вольтовая марганцевая разновидность типа «монета». Обычная батарея CR2032 имеет диаметр 20 мм и толщину 3,2 мм, где первые две цифры — это диаметр, а последние две цифры — толщина. CR2025 имеет тот же диаметр 20 мм, но толщину 2,5 мм.

Высокие электрические требования многих из этих устройств делают литиевые батареи особенно привлекательным вариантом. В частности, литиевые батареи могут легко выдерживать кратковременные, большие нагрузки по току таких устройств, как цифровые камеры , и поддерживают более высокое напряжение в течение более длительного периода, чем щелочные элементы.

Популярность

[ редактировать ]

На литиевые первичные батареи приходится 28% всех продаж первичных батарей в Японии и только 1% всех продаж батарей в Швейцарии. В ЕС только 0,5% всех продаж аккумуляторов, включая вторичные типы, составляют литиевые первичные аккумуляторы. [43] [44] [45] [46] [ сомнительно обсудить ]

Вопросы безопасности и регулирование

[ редактировать ]

Стремление компьютерной индустрии увеличить емкость аккумуляторов может проверить пределы чувствительных компонентов, таких как мембранный сепаратор, полиэтиленовая или полипропиленовая пленка толщиной всего 20–25 мкм. Плотность энергии литиевых батарей увеличилась более чем вдвое с момента их появления в 1991 году. Когда батарея содержит больше материала, сепаратор может подвергаться нагрузке.

Проблемы с быстрой разрядкой

[ редактировать ]

Литиевые батареи могут обеспечивать чрезвычайно большие токи и очень быстро разряжаться при коротком замыкании. Хотя это полезно в приложениях, где требуются большие токи, слишком быстрый разряд литиевой батареи – особенно если в конструкции элементов присутствует кобальт – может привести к перегреву батареи (что снижает электрическое сопротивление любого содержания кобальта). внутри клетки), разрыв и даже взрыв. Особенно подвержены такому типу разряда литий-тионилхлоридные аккумуляторы. Бытовые аккумуляторы обычно имеют защиту от перегрузки по току, тепловую защиту или вентиляционные отверстия для предотвращения взрыва.

Воздушное путешествие

[ редактировать ]

ввела гораздо более строгие правила С 1 января 2013 года ИАТА перевозки литиевых батарей по воздуху. Они были приняты Международным почтовым союзом; однако некоторые страны, например Великобритания, решили, что они не будут принимать литиевые батареи, если они не входят в комплект оборудования, которое они питают.

Из-за вышеуказанных рисков доставка и перевозка литиевых батарей в некоторых ситуациях ограничены, особенно при транспортировке литиевых батарей по воздуху.

США Администрация транспортной безопасности объявила об ограничениях, вступающих в силу с 1 января 2008 года, на провоз литиевых батарей в зарегистрированном багаже ​​и ручной клади. Правила запрещают провозить в зарегистрированном багаже ​​литиевые батареи, не установленные в устройстве, и ограничивают их провоз в ручной клади по общему содержанию лития. [47]

Почта Австралии запретила перевозку литиевых батарей авиапочтой в 2010 году. [48]

В британские правила перевозки литиевых батарей были внесены поправки Национальным центром химической аварийной ситуации в 2009 году. [49]

В конце 2009 года, по крайней мере, некоторые почтовые администрации ограничили доставку авиапочтой (включая службу экспресс-почты ) литиевых батарей, литий-ионных батарей и продуктов, содержащих их (например, ноутбуков и мобильных телефонов). Среди этих стран — Гонконг , США и Япония. [50] [51] [52]

Лаборатории метамфетамина

[ редактировать ]

Неиспользованные литиевые батареи представляют собой удобный источник металлического лития для использования в качестве восстановителя в лабораториях по производству метамфетамина . В частности, металлический литий восстанавливает псевдоэфедрин и эфедрин до метамфетамина в методе восстановления Берча , в котором используются растворы щелочных металлов, растворенных в безводном аммиаке . [53] [54]

Некоторые юрисдикции приняли законы, ограничивающие продажу литиевых батарей, или попросили предприятия ввести добровольные ограничения в попытке остановить создание нелегальных лабораторий по производству метамфетамина . Сообщалось, что в 2004 году магазины Wal-Mart ограничили продажу одноразовых литиевых батарей тремя упаковками в Миссури и четырьмя упаковками в других штатах. [55]

Проблемы со здоровьем при приеме внутрь

[ редактировать ]

Батарейки таблеточного типа привлекательны для маленьких детей и часто проглатываются. За последние 20 лет, хотя не наблюдалось увеличения общего количества батареек таблеточного типа, проглатываемых за год, исследователи отметили увеличение в 6,7 раз риска того, что проглатывание приведет к умеренному или серьезному осложнению и в 12,5 раз. -кратное увеличение смертности по сравнению с прошлым десятилетием по сравнению с предыдущим. [56] [57]

ХРАНИТЬ В НЕДОСТУПНОМ ДЛЯ ДЕТЕЙ значке, требуемом стандартом IEC 60086-4. [58] на батарейках типа «таблетка» (литиевые таблеточные элементы) диаметром 20 мм и более

Основным механизмом травмы при проглатывании таблеточной батарейки является образование гидроксида ионов , которые вызывают серьезные химические ожоги на аноде. [59] Это электрохимический эффект неповрежденной батареи, который не требует нарушения корпуса или высвобождения содержимого. [59] Осложнения включают стриктуры пищевода , трахеопищеводные свищи , паралич голосовых связок, аортопищеводные свищи и смерть. [60] Большинство случаев проглатывания не засвидетельствовано; презентации неспецифичны; напряжение аккумулятора возросло; батарейки-таблетки размером от 20 до 25 мм с большей вероятностью застревают в области перстнеглоточного перехода; и серьезное повреждение тканей может произойти в течение 2 часов. Литиевая батарея CR2032 напряжением 3 В, 20 мм является причиной многих осложнений, возникающих при проглатывании батарейки-таблетки детьми в возрасте до 4 лет. [61]

Хотя единственным средством лечения закупорки пищевода является эндоскопическое удаление, исследование, проведенное в 2018 году в Детской больнице Филадельфии Рэйчел Р. Анфанг и ее коллегами, показало, что ранний и частый прием меда или суспензии сукральфата перед извлечением батарейки может снизить тяжесть травмы до значительная степень. [57] В результате Национальный столичный токсикологический центр США (контроль отравлений) рекомендует использовать мед или сукральфат после известного или предполагаемого приема внутрь, чтобы снизить риск и тяжесть повреждения пищевода и, следовательно, близлежащих структур. [62]

Батарейки-таблетки также могут стать причиной серьезных некротических повреждений при застревании в носу или ушах. [63] Предупредительные усилия Национальной целевой группы по батарейкам-кнопкам в США в сотрудничестве с лидерами отрасли привели к изменениям в дизайне упаковки и батарейных отсеков электронных устройств, чтобы уменьшить доступ детей к этим батарейкам. [64] Однако население и медицинское сообщество по-прежнему недостаточно осведомлены о его опасностях. Больница Центрального Манчестерского университета предупреждает, что «многие врачи не подозревают, что это может причинить вред». [65]

Утилизация

[ редактировать ]

Правила утилизации и переработки батарей сильно различаются; местные органы власти могут иметь дополнительные требования по сравнению с требованиями национального законодательства. В Соединенных Штатах один из производителей первичных батарей на основе дисульфида железа и лития советует выбрасывать использованные элементы в потребительских количествах вместе с бытовыми отходами, поскольку батарея не содержит никаких веществ, контролируемых федеральными правилами США. [66] Однако большинство литиевых батарей классифицируются как опасные отходы из-за возможности возгорания. Другой производитель заявляет, что литиевые батареи размера «кнопки» содержат перхлорат , который в Калифорнии считается опасным отходом; регулируемые количества не встречаются при обычном потребительском использовании этих элементов. [67]

Однако Агентство по охране окружающей среды заявляет, что из-за ограниченного предложения и растущей важности литиевые батареи всегда следует по возможности перерабатывать. [68] Кроме того, разрыв батареи создает потенциальную опасность возгорания, поэтому Агентство по охране окружающей среды заявляет, что среднестатистический потребитель должен сдавать литиевые батареи на специализированные предприятия по производству лития или опасных материалов.

Поскольку литий в использованных, но неработающих (то есть длительного хранения) таблеточных элементах, скорее всего, все еще находится в катодной чашке, из таких элементов можно извлечь коммерчески полезные количества металла, а также диоксид марганца и специальные пластмассы. Некоторые также сплавляют литий с магнием (Mg), чтобы сократить расходы. [ нужна ссылка ]

Поскольку с течением времени наблюдается экспоненциальный рост спроса на литиевые батареи, [69] предпринимались попытки найти более эффективные способы переработки литиевых батарей. [70]

Аккумуляторные батареи

[ редактировать ]
Перезаряжаемые литий-металлические аккумуляторы представляют собой вторичные литий-металлические аккумуляторы. у них используется металлический литий В качестве отрицательного электрода . Высокая удельная емкость металлического лития (3860 мАч г −1 ), очень низкий окислительно-восстановительный потенциал (-3,040 В по сравнению со стандартным водородным электродом) и низкая плотность (0,59 г · см3). −3 ) делают его идеальным отрицательным материалом для аккумуляторных технологий с высокой плотностью энергии. [71] металлические аккумуляторы могут работать длительное время из-за высокой плотности заряда лития Перезаряжаемые литий - . Несколько компаний и многие академические исследовательские группы в настоящее время исследуют и разрабатывают литий-металлические аккумуляторные батареи, поскольку они считаются ведущим направлением развития помимо литий-ионных батарей. [72] В некоторых перезаряжаемых литий-металлических батареях используется жидкий электролит , а в некоторых — твердотельный .

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Меконнен, Йемесерах; Сундарараджан, Адитья; Сарват, Ариф И. (2016). «Обзор катодных и анодных материалов» (PDF) . Проверено 27 декабря 2023 г.
  2. ^ Комитет экспертов по транспортировке опасных грузов и по согласованной на глобальном уровне системе классификации и маркировки химических веществ, под ред. (14 декабря 2006 г.). "ST/SG/AC.10/34/Add.1 - Отчет Комитета экспертов о его третьей сессии, Дополнение, Приложение 1, Поправки к четырнадцатому пересмотренному изданию Рекомендаций по перевозке опасных грузов, Типовые правила" (PDF) . Женева: Организация Объединенных Наций . Проверено 13 мая 2021 г.
  3. ^ Batscap - Литий-металл-полимерная батарея. Архивировано 8 августа 2012 г. на Wayback Machine на batscap.com.
  4. ^ «Один человек и его уиппет» . Эко Дерево Литий . Проверено 19 февраля 2022 г.
  5. ^ Зима, Мартин; Барнетт, Брайан; Сюй, Кан (30 ноября 2018 г.). «До литий-ионных батарей». Химические обзоры . 118 (23): 11433–11456. doi : 10.1021/acs.chemrev.8b00422 . ПМИД   30500179 . S2CID   54615265 .
  6. ^ Скросати, Бруно (4 мая 2011 г.). «История литиевых батарей». Журнал электрохимии твердого тела . 15 (7–8): 1623–1630. дои : 10.1007/s10008-011-1386-8 . S2CID   98385210 .
  7. ^ Винсент, К. (1 октября 2000 г.). «Литиевые батареи: 50-летняя перспектива, 1959–2009». Ионика твердого тела . 134 (1–2): 159–167. дои : 10.1016/S0167-2738(00)00723-2 .
  8. ^ Ямабе, Т.; Танака, К.; Озеки, К.; Ята, С. (1982). «Электронная структура полиаценацена. Одномерный графит». Твердотельные коммуникации . 44 (6). Эльзевир Б.В.: 823–825. Бибкод : 1982SSCom..44..823Y . дои : 10.1016/0038-1098(82)90282-4 . ISSN   0038-1098 .
  9. ^ С. Ята, Патент США № 4601849.
  10. ^ Ята, Шизукуни; Танака, Казуёси; Ямабе, Токио (1997). «Полиаценовые (ПАС) аккумуляторы». Дело МРС . 496 . Издательство Кембриджского университета (CUP). дои : 10.1557/proc-496-15 . ISSN   1946-4274 .
  11. ^ Новак, Петр; Мюллер, Клаус; Сантанам, КСВ; Хаас, Отто (1997). «Электрохимически активные полимеры для аккумуляторных батарей». Химические обзоры . 97 (1). Американское химическое общество (ACS): 272. doi : 10.1021/cr941181o . ISSN   0009-2665 . ПМИД   11848869 .
  12. ^ «Нобелевская премия по химии 2019» . NobelPrize.org . Проверено 28 октября 2019 г.
  13. ^ «Hina Battery становится первым производителем аккумуляторов, который использует натрий-ионные аккумуляторы в электромобилях в Китае» . Batterynews.com . 23 февраля 2023 г. Проверено 23 февраля 2023 г.
  14. ^ «Информационный листок о первичных литиевых батарейках Duracell» (PDF) . 01 июля 2015 г. Архивировано из оригинала (PDF) 3 января 2018 г. Проверено 02 января 2018 г.
  15. ^ «Паспорт безопасности продукта Energizer, литий-диоксид-марганцевые батарейки типа «монета/кнопка»» (PDF) . 01.01.2017. Архивировано из оригинала (PDF) 8 сентября 2017 г. Проверено 02 января 2018 г.
  16. ^ «Паспорт безопасности материала, литий-марганцевый таблеточный элемент CR2025» (PDF) . 01.01.2016. Архивировано из оригинала (PDF) 3 января 2018 г. Проверено 02 января 2018 г.
  17. ^ Jump up to: а б «Электронные компоненты – промышленные устройства Panasonic» . www.panasonic.com . Архивировано из оригинала 2 июля 2013 г.
  18. ^ Грейтбатч В., Холмс К.Ф., Такеучи Э.С., Эбель С.Дж. (ноябрь 1996 г.). «Монофторид лития/углерода (Li/CFx): новая батарея для кардиостимулятора». Пейсинг Клин Электрофизиол . 19 (11, часть 2): 1836–40. дои : 10.1111/j.1540-8159.1996.tb03236.x . ПМИД   8945052 . S2CID   11180448 .
  19. ^ «Литий-полиуглеродмонофторид» . Дом батарей. Архивировано из оригинала 29 сентября 2007 г. Проверено 19 февраля 2008 г.
  20. ^ «Цилиндрический первичный литий – Справочник и руководство по применению» (PDF) . data.energizer.com . Архивировано из оригинала (PDF) 17 марта 2006 г. Проверено 20 сентября 2009 г.
  21. ^ «Техническое описание продукта – Energizer L91» (PDF) . data.energizer.com . Архивировано из оригинала (PDF) 4 декабря 2015 г. Проверено 21 октября 2015 г.
  22. ^ Пиларзик, Джим. «Информационный документ - Монофторид лития и углерода в виде монет в часах реального времени и приложениях резервного копирования памяти» . rayovac.com . Корпорация Райовак. Архивировано из оригинала 12 декабря 2007 г.
  23. ^ «Литий-сульфохлоридный аккумулятор» . Corrosion-doctors.org. Архивировано из оригинала 21 ноября 2010 г. Проверено 19 января 2011 г.
  24. ^ МакГроу, Джек (7 марта 1984 г.). «Письмо Дику Брунеру, Агентство оборонной логистики США» . США Агентство по охране окружающей среды . Архивировано из оригинала 4 марта 2012 года.
  25. ^ «Характеристики литиевых батарей» . Литиевые батареи.globalspec.com. Архивировано из оригинала 28 января 2007 г. Проверено 19 января 2011 г.
  26. ^ Маллела, В.С.; Иланкумаран, В.; Рао, Н.С. (2004). «Тенденции в области аккумуляторов для кардиостимуляторов» . Индийский журнал кардиостимуляции и электрофизиологии . 4 (4): 201–212. ПМК   1502062 . ПМИД   16943934 .
  27. ^ Гонсалес, Лина (лето 2005 г.). «Твердотельное ЯМР-исследование оксида серебра-ванадия (SVO)» . CUNY, Хантер-Колледж. Архивировано из оригинала 10 сентября 2006 г.
  28. ^ Инженерная химия Р. В. Гадага и Нараяна Шетти. ISBN   8188237833
  29. ^ Jump up to: а б Макдональд, Колорадо; Харрис, П.; Хоссейн, С.; Гебель, Ф. (1992). «Анализ вторичных литиевых элементов с электролитами на основе диоксида серы». 35-й Международный симпозиум IEEE по источникам питания . п. 246. дои : 10.1109/IPSS.1992.282033 . ISBN  978-0-7803-0552-6 . S2CID   98323962 .
  30. ^ Патент США 4891281 , Куо, Хан К. и Фостер, Дональд Л., «Электрохимические элементы, имеющие комплексные электролиты SO 2 с низким давлением пара », выдан 01 февраля 1990 г., передан компании Duracell Inc.  
  31. ^ Jump up to: а б «Электронные компоненты – промышленные устройства Panasonic» . www.panasonic.com . Архивировано из оригинала 13 ноября 2013 г.
  32. ^ «Технический паспорт: ML2032» (PDF) . Макселл. Архивировано из оригинала (PDF) 10 сентября 2018 г. Проверено 10 сентября 2018 г.
  33. ^ «Электронные компоненты – промышленные устройства Panasonic» . www.panasonic.com . Архивировано из оригинала 25 ноября 2013 г.
  34. ^ «Паспорт безопасности продукта (серия VL)» (PDF) . Панасоник . Архивировано из оригинала (PDF) 10 сентября 2018 года . Проверено 10 сентября 2018 г.
  35. ^ Эфтехари, Али (2017). «Рост литий-селеновых батарей». Устойчивая энергетика и топливо . 1 : 14–29. дои : 10.1039/C6SE00094K .
  36. ^ Jump up to: а б с Кристенсен, Дж.; Альбертус, П.; Санчес-Каррера, РС; Ломанн, Т.; Козинский, Б.; Лидтке, Р.; Ахмед, Дж.; Койич, А. (2012). «Критический обзор литий-воздушных батарей» . Журнал Электрохимического общества . 159 (2): Р1. дои : 10.1149/2.086202jes .
  37. ^ Авраам, К.М. (1996). «Литий-кислородная аккумуляторная батарея на основе полимерного электролита». Журнал Электрохимического общества . 143 (1): 1–5. Бибкод : 1996JElS..143....1A . дои : 10.1149/1.1836378 . ISSN   0013-4651 . S2CID   96810495 .
  38. ^ Jump up to: а б Верма, Праншу (18 мая 2022 г.). «В гонке за автомобильным аккумулятором, который быстро заряжается и не загорается» . Вашингтон Пост .
  39. ^ «Крупноформатный литий-железо-фосфатный» . JCWinnie.biz . 23 февраля 2008 г. Архивировано из оригинала 18 ноября 2008 г. Проверено 24 апреля 2012 г.
  40. ^ Jump up to: а б «Группа великой державы, квадратная литий-ионная батарея» . Архивировано из оригинала 03 августа 2020 г. Проверено 31 декабря 2019 г.
  41. ^ «Литиевые батареи для работы при сверхнизких температурах» . Мир Химии . 9 октября 2017 года. Архивировано из оригинала 10 октября 2017 года . Проверено 10 октября 2017 г.
  42. ^ Торрес, Габриэль (24 ноября 2004 г.). «Введение и литиевая батарея» . Замена батареи материнской платы . hardwaresecrets.com. Архивировано из оригинала 24 декабря 2013 года . Проверено 20 июня 2013 г.
  43. ^ «Веб-сайт BAJ | Ежемесячная статистика продаж аккумуляторов» . Бадж.ор.джп. Архивировано из оригинала 6 декабря 2010 г. Проверено 12 июня 2013 г.
  44. ^ «Статистика INOBAT 2008» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 25 марта 2012 г.
  45. ^ «Управление отходами аккумуляторных батарей – DEFRA, 2006 г.» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 8 октября 2013 г.
  46. ^ «Статистика батареи» . EPBAEurope.net . Европейская ассоциация портативных аккумуляторов. 2000. Архивировано из оригинала 21 марта 2012 г. Проверено 28 июля 2015 г.
  47. ^ «Безопасное путешествие с батарейками» . Министерство транспорта США . Архивировано из оригинала 30 декабря 2007 г. Проверено 29 декабря 2007 г.
  48. ^ «Инструкции для клиентов по размещению литиевых батарей» (PDF) . AusPost.com.au . Архивировано из оригинала (PDF) 6 июля 2012 г. Проверено 15 августа 2012 г.
  49. ^ «Правила перевозки литиевых батарей» . The-NCEC.com . Архивировано из оригинала 29 января 2013 г. Проверено 3 апреля 2013 г.
  50. ^ «Справочник по почтовым расходам – раздел 6.3» (PDF) . Почта Гонконга. Архивировано из оригинала (PDF) 1 мая 2014 г.
  51. ^ «349 Разные опасные материалы (9 класс опасности)» . Публикация 52 – Опасная, ограниченная и скоропортящаяся почта . Почтовая служба США . Февраль 2015 г. Архивировано из оригинала 29 июля 2015 г. Проверено 25 июля 2015 г.
  52. ^ «Я хочу отправить ноутбук за границу. Как мне это сделать?» . Почта.JapanPost.jp . Архивировано из оригинала 26 апреля 2011 г. Проверено 19 января 2011 г.
  53. ^ «Генеральный прокурор штата Иллинойс – базовое понимание метамфетамина» . Illinoisattorneygeneral.gov. Архивировано из оригинала 10 сентября 2010 года . Проверено 6 октября 2010 г.
  54. ^ Хармон, Аарон Р. (2006). «Закон об исследованиях по восстановлению метамфетамина от 2005 года: то, что доктор прописал для очистки метполей - или плацебо в виде сахарных таблеток?» (PDF) . Журнал права и технологий Северной Каролины . 7 . Архивировано из оригинала (PDF) 1 декабря 2008 г. Проверено 5 октября 2010 г.
  55. ^ Паркер, Молли (26 января 2004 г.). «Страх перед метамфетамином сокращает доступ к таблеткам от простуды; псевдоэфедрин используется в нелегальных наркотиках» . Чикаго Трибьюн . п. 1. Архивировано из оригинала 5 ноября 2012 года. ( требуется регистрация )
  56. ^ Литовиц, Тоби; Уитакер, Н.; Кларк, Л; Уайт, Северная Каролина; Марсолек, М. (июнь 2010 г.). «Новая опасность проглатывания батарейки: клинические последствия» . Педиатрия . 125 (6): 1168–77. дои : 10.1542/педс.2009-3037 . ПМИД   20498173 . S2CID   101704 . Архивировано из оригинала 6 октября 2017 года . Проверено 11 июня 2011 г.
  57. ^ Jump up to: а б Анфанг, Рэйчел Р.; Джатана, Крис Р.; Линн, Ребекка Л.; Роудс, Кейт; Фрай, Джаред; Джейкобс, Ян Н. (11 июня 2018 г.). «РН-нейтрализующие ирригации пищевода как новая стратегия смягчения последствий травм, вызванных батарейками-кнопками». Ларингоскоп . 129 (1): 49–57. дои : 10.1002/lary.27312 . ISSN   0023-852X . ПМИД   29889306 . S2CID   47004940 .
  58. ^ МЭК (ред.). «Пункт 9: Маркировка и упаковка». IEC 60086-4:2019 Первичные батареи. Часть 4. Безопасность литиевых батарей (PDF) . Женева: МЭК. ISBN  978-2-8322-6808-7 .
  59. ^ Jump up to: а б Джатана, Крис Р.; Роудс, Кейт; Милкович, Скотт; Джейкобс, Ян Н. (9 ноября 2016 г.). «Основной механизм травм, вызванных проглатыванием батарейки-таблетки, и новые стратегии смягчения последствий после диагностики и удаления». Ларингоскоп . 127 (6): 1276–1282. дои : 10.1002/lary.26362 . ISSN   0023-852X . ПМИД   27859311 . S2CID   1335692 .
  60. ^ «Родители предупредили после смерти девочки от батареек» . Брисбен Таймс . ААП. 2 июля 2013. Архивировано из оригинала 4 июля 2013 года . Проверено 2 июля 2013 г.
  61. ^ Литовиц, Тоби; Уитакер Н; Кларк Л. (июнь 2010 г.). «Предотвращение проглатывания аккумуляторов: анализ 8648 случаев» . Педиатрия . 125 (6): 1178–83. дои : 10.1542/педс.2009-3038 . ПМИД   20498172 . S2CID   19359824 . Архивировано из оригинала 27 мая 2014 года . Проверено 11 июня 2011 г.
  62. ^ «Руководство» . www.poison.org . Проверено 6 июля 2018 г.
  63. ^ Мак, Шэрон Кили, «Крошечная литиевая батарейка чуть не убила малыша Дир-Айла». Архивировано 3 августа 2011 г. в Wikiwix, Bangor Daily News , 24 июля 2011 г., 15:41. Проверено 2 августа 2011 г.
  64. ^ Джатана, Крис Р.; Литовиц, Тоби; Рейли, Джеймс С.; Колтай, Питер Дж.; Райдер, Джин; Джейкобс, Ян Н. (1 сентября 2013 г.). «Травмы от педиатрических кнопочных батарей: обновленная информация оперативной группы за 2013 год» . Международный журнал детской оториноларингологии . 77 (9): 1392–1399. дои : 10.1016/j.ijporl.2013.06.006 . ISSN   0165-5876 . ПМИД   23896385 .
  65. ^ «Предупреждение о батарее после детской смерти» . Новости Би-би-си . 14 октября 2014 г. Проверено 6 июля 2018 г.
  66. ^ Утилизация литий-дисульфидных батарей Energizer AA и AAA L92 и L92. Архивировано 9 ноября 2013 г. на Wayback Machine , получено 20 августа 2012 г.
  67. ^ «Электронные компоненты – промышленные устройства Panasonic» . www.panasonic.com . Архивировано из оригинала 20 августа 2012 г. Проверено 20 августа 2012 г.
  68. ^ Агентство по охране окружающей среды США, OLEM (16 мая 2019 г.). «Использованные литий-ионные аккумуляторы» . www.epa.gov . Проверено 1 сентября 2023 г.
  69. ^ «Тенденции в области аккумуляторов – Глобальный прогноз развития электромобилей на 2023 год – Анализ» . МЭА . Проверено 1 сентября 2023 г.
  70. ^ Исследования, смежный рынок. «Рынок переработки литий-ионных аккумуляторов в мире достигнет 38,21 млрд долларов к 2030 году при среднегодовом темпе роста 36,0%: исследование рынка союзников» . www.prnewswire.com (пресс-релиз) . Проверено 1 сентября 2023 г.
  71. ^ ; Чжан, Цзи-Гуан (2014). Сюй , Ву; Дин , Фэй ; , Насыбулин , Чэнь Эдуард ): 513–537 doi : 10.1039/ C3EE40795K ISSN   1754-5692 .
  72. ^ Альбертус, Пол; Бабинец, Сьюзен ; Литцельман, Скотт; Ньюман, Арон (2018). «Состояние и проблемы в использовании литий-металлических электродов для высокоэнергетических и недорогих перезаряжаемых батарей» . Энергия природы . 3 : 16–21. Бибкод : 2018NatEn...3...16A . дои : 10.1038/s41560-017-0047-2 . S2CID   139241677 . Проверено 13 февраля 2021 г.
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 06dee46bc237d41b09eaf22f4669c5f8__1722680940
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/06/f8/06dee46bc237d41b09eaf22f4669c5f8.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Lithium metal battery - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)