History of the lithium-ion battery
આ લિથિયમ-આયન બૅટરીનો ઇતિહાસ છે. લિથિયમ-આયન પહેલાંઃ 1960-1975 1960 ના દાયકામાંઃ મોટાભાગના મૂળભૂત સંશોધન કે જે લિથિયમ-આયન બેટરીનો મુખ્ય ભાગ બનાવતા ઇન્ટરકલેશન સંયોજનોના વિકાસ તરફ દોરી ગયા હતા તે 1960 ના દાયકામાં રોબર્ટ હગિન્સ અને કાર્લ વેગનર દ્વારા હાથ ધરવામાં આવ્યા હતા, જેમણે ઘન પદાર્થોમાં આયનોની હિલચાલનો અભ્યાસ કર્યો હતો. 1970 ના દાયકામાંઃ ટીયુ મ્યુનિક ખાતે જુર્ગેન ઓટ્ટો બેસેનહાર્ડ દ્વારા 1974-76 દરમિયાન એનોડ્સ તરીકે ગ્રેફાઇટમાં લિથિયમ આયનોના ઉલટાવી શકાય તેવા આંતરક્રિયા અને કેથોડ્સ તરીકે કેથોડિક ઓક્સાઇડમાં લિથિયમ આયનોના આંતરક્રિયા શોધવામાં આવી હતી. બેસેનહાર્ડે લિથિયમ કોષોમાં તેના ઉપયોગની દરખાસ્ત કરી હતી. બેસેનહાર્ડની બૅટરીઓમાં જે ખૂટે છે તે ઇલેક્ટ્રોલાઇટ છે, જે દ્રાવકને ગ્રેફાઇટમાં સહ-આંતરક્રિયા, ઇલેક્ટ્રોલાઇટ વિઘટન અને વર્તમાન સંગ્રાહકોના કાટને અટકાવશે. આમ, તેની બૅટરીઓનું ચક્ર જીવન ખૂબ જ ટૂંકું હતું. 1970: સ્તરવાળી કેથોડ સામગ્રીમાં લિથિયમ આયનોનું ઉલટાવી શકાય તેવું આંતરક્રિયા. બ્રિટિશ રસાયણશાસ્ત્રી એમ. સ્ટેનલી વ્હિટિંગહામ, જે તે સમયે એક્સોનમોબિલના સંશોધક હતા, તેમણે સૌપ્રથમ 1970ના દાયકામાં લિથિયમ મેટલ બેટરી (આધુનિક લિથિયમ-આયન બેટરીનો પુરોગામી) સાથે ચાર્જ-ડિસ્ચાર્જ સાઇકલિંગની જાણ કરી હતી. સ્ટેનફોર્ડ યુનિવર્સિટીમાં તેમના સમયના અગાઉના સંશોધન પર ધ્યાન દોરતા, તેમણે કેથોડ અને એનોડ તરીકે સ્તરવાળી ટાઇટેનિયમ (IV) સલ્ફાઇડનો ઉપયોગ કર્યો હતો. જોકે, આ વ્યવસ્થા અવ્યવહારુ સાબિત થઈ હતી. ટાઇટેનિયમ ડાયસલ્ફાઇડ મોંઘુ હતું (1970ના દાયકામાં પ્રતિ કિલોગ્રામ $1,000) અને તેની સાથે કામ કરવું મુશ્કેલ હતું, કારણ કે તેને સંપૂર્ણપણે ઓક્સિજન અને ભેજ મુક્ત પરિસ્થિતિઓમાં સંશ્લેષણ કરવું પડે છે. જ્યારે હવાના સંપર્કમાં આવે છે, ત્યારે તે હાઇડ્રોજન સલ્ફાઇડ સંયોજનો રચવા માટે પ્રતિક્રિયા આપે છે, જે અપ્રિય ગંધ ધરાવે છે અને મનુષ્યો અને મોટાભાગના પ્રાણીઓ માટે ઝેરી હોય છે. આ અને અન્ય કારણોસર, એક્સોને વ્હિટિંગહામની લિથિયમ-ટાઇટેનિયમ ડાયસલ્ફાઇડ બેટરીનો વિકાસ બંધ કરી દીધો. ધાતુના લિથિયમ ઇલેક્ટ્રોડ સાથેની બેટરીઓએ સલામતીના મુદ્દાઓ રજૂ કર્યા, સૌથી અગત્યનું લિથિયમ ડેંડ્રાઇટ્સની રચના, જે આંતરિક રીતે બૅટરીને શોર્ટ-સર્કિટ કરે છે જેના પરિણામે વિસ્ફોટ થાય છે. ઉપરાંત, ડેંડ્રાઇટ્સ ઘણીવાર વર્તમાન સંગ્રાહકો સાથે ઇલેક્ટ્રોનિક સંપર્ક ગુમાવે છે જે ચક્રીય લી + ચાર્જના નુકસાન તરફ દોરી જાય છે. પરિણામે, સંશોધન બેટરી વિકસાવવા તરફ આગળ વધ્યું, જેમાં ધાતુના લિથિયમને બદલે, માત્ર લિથિયમ સંયોજનો હાજર હોય છે, જે લિથિયમ આયનોને સ્વીકારવા અને મુક્ત કરવામાં સક્ષમ હોય છે. 1973: એડમ હેલરે લિથિયમ થિયોનિલ ક્લોરાઇડ બેટરીનો પ્રસ્તાવ મૂક્યો, જેનો ઉપયોગ હજુ પણ રોપાયેલા તબીબી ઉપકરણો અને સંરક્ષણ પ્રણાલીઓમાં થાય છે જ્યાં 20 વર્ષથી વધુ શેલ્ફ લાઇફ, ઉચ્ચ ઉર્જા ઘનતા અને/અથવા આત્યંતિક ઓપરેટિંગ તાપમાન માટે સહનશીલતા જરૂરી છે. જો કે, આ બૅટરી અસુરક્ષિત લિથિયમ ધાતુનો ઉપયોગ કરે છે અને રિચાર્જ કરી શકાતી ન હતી. પૂર્વવ્યાવસાયિક વિકાસઃ 1976-1990 1976: એક્સોન ખાતે સ્ટેનલી વ્હિટિંગહામ અને તેમના સાથીઓએ દર્શાવ્યું કે જેને પ્રથમ રિચાર્જ કરી શકાય તેવી "લિથિયમ-આયન બેટરી" ગણી શકાય, જોકે આ ડિઝાઇનમાં એક પણ ઘટકનો ઉપયોગ પાછળથી વ્યાપારી લિથિયમ-આયન બેટરીમાં કરવામાં આવ્યો ન હતો. વ્હિટિંગહામના કોષને ચાર્જ સ્થિતિમાં નેગોડ તરીકે લિથિયમ એલ્યુમિનિયમ એલોય, ઇલેક્ટ્રોલાઇટ તરીકે ડાયોક્સોલેનમાં LiBPh4 (લિથિયમ ટેટ્રાફિનાઇલબોરેટ) અને પોસોડ તરીકે TiS2 નો ઉપયોગ કરીને એસેમ્બલ કરવામાં આવ્યો હતો. બેટરી ઉપયોગી ચક્ર જીવન 50 ચક્રથી વધુ ન હતું. આ ડિઝાઇન વ્હિટ્ટીઘમની અગાઉની લિ-મેટલ બેટરીઓ પર આધારિત હતી. 1977: સમર બાસુ અને અન્ય. પેન્સિલવેનિયા યુનિવર્સિટી ખાતે ગ્રેફાઇટમાં લિથિયમના ઉલટાવી ન શકાય તેવા આંતરક્રિયાનું પ્રદર્શન કર્યું. આના કારણે 1984માં બેલ લેબ્સ ખાતે લિથિયમ મેટલ ઇલેક્ટ્રોડ બેટરીનો વિકલ્પ પૂરો પાડવા માટે કાર્યક્ષમ લિથિયમ ઇન્ટરકલેટેડ ગ્રેફાઇટ ઇલેક્ટ્રોડનો વિકાસ થયો હતો. જો કે તે લિથિયમ આયન બેટરીને બદલે માત્ર પીગળેલી સોલ્ટ સેલ બેટરી હતી. 1978: મિશેલ આર્મન્ડે રોકિંગ-ચેર બેટરીનો શબ્દ અને ખ્યાલ રજૂ કર્યો, જ્યાં સમાન પ્રકારના આયનને ડીસ/ચાર્જ દરમિયાન પોઝિટિવ અને નેગેટિવ બંને ઇલેક્ટ્રોડમાં ડી/ઇન્ટરકલેટેડ કરવામાં આવે છે. રોકિંગ-ચેર ડિઝાઇન સોલ્યુશન-ફેઝમાં પ્રજાતિઓ પ્રતિક્રિયા સ્ટોઇકિઓમેટ્રીમાં દેખાતી નથી, જે બેટરીમાં દ્રાવકની માત્રાને ઓછી કરવા માટે પરવાનગી આપે છે, બેટરીનું વજન અને ખર્ચ ઘટાડે છે. 1979: અલગ જૂથોમાં કામ કરતા, નેડ એ. ગોડશેલ એટ અલ, અને તેના થોડા સમય પછી, જ્હોન બી. ગુડએનફ (ઓક્સફર્ડ યુનિવર્સિટી) અને કોઇચી મિઝુશિમા (ટોક્યો યુનિવર્સિટી) એ લિથિયમ કોબાલ્ટ ડાયોક્સાઇડ () થી બનેલા 4 વી સેલના મર્યાદિત સ્રાવ-ચાર્જ સાઇકલિંગને હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ તરીકે અને લિથિયમ ધાતુને નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ તરીકે દર્શાવ્યું. આ નવીનતાએ હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ સામગ્રી પ્રદાન કરી, જે આખરે પ્રથમ વ્યાપારી રિચાર્જ લિથિયમ-આયન બેટરીમાં એક ઘટક બની ગઈ. તે એક સ્થિર સકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ સામગ્રી છે જે લિથિયમ આયનોના દાતા તરીકે કાર્ય કરે છે, જેનો અર્થ છે કે તેનો ઉપયોગ લિથિયમ ધાતુ સિવાય અન્ય નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ સામગ્રી સાથે થઈ શકે છે. સ્થિર અને સરળતાથી સંભાળી શકાય તેવી નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ સામગ્રીના ઉપયોગને સક્ષમ કરીને, નવી રિચાર્જ કરી શકાય તેવી બેટરી પ્રણાલીઓને સક્ષમ કરી. ગોડશેલ એટ અલ. વધુમાં સ્પિનલ LiMn2O4, Li2MnO3, LiMnO2, LiFeO2, LiFe5O8 અને LiFe5O4 (અને પછીથી 1985માં લિથિયમ-કોપર-ઓક્સાઇડ અને લિથિયમ-નિકલ-ઓક્સાઇડ કેથોડ સામગ્રી) જેવા ત્રિમાસિક સંયોજન લિથિયમ-સંક્રમણ ધાતુ-ઓક્સાઇડના સમાન મૂલ્યની ઓળખ કરી હતી. લિથિયમ બેટરીમાં કેથોડ તરીકે LiKOO2 ના ઉપયોગ માટેની પેટન્ટ ગોડશેલની સ્ટેનફોર્ડ યુનિવર્સિટીના Ph. D. નિબંધ અને 1979ના પ્રકાશનો પર આધારિત હતી. 1980: રોમ યુનિવર્સિટી ખાતે M.Lazzari અને બ્રુનો સ્કોસાટીએ એનોડ તરીકે લિથિયમ ટંગસ્ટન ડાયોક્સાઇડ, કેથોડ તરીકે ટાઇટેનિયમ ડાયસલ્ફાઇડ અને ઇલેક્ટ્રોલાઇટ તરીકે પ્રોપીલીન કાર્બોનેટમાં લિથિયમ પર્ક્લોરેટનો ઉપયોગ કરીને રોકિંગ-ચેર બેટરીની વિભાવનાને માન્ય કરી. 1980નો દાયકોઃ નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડની ઉત્પત્તિ ટોક્યો યામાબે દ્વારા અને બાદમાં 1980ના દાયકાની શરૂઆતમાં શિઝુકુની યાટા દ્વારા શોધાયેલ પી. એ. એસ. (પોલિએસેનિક/પોલિએસિટિલીન સેમિકન્ડક્ટિવ મટિરિયલ) માં થઈ છે. આ વિકાસ પ્રોફેસર હિદેકી શિરાકાવા અને તેમના જૂથ દ્વારા વાહક પોલિમરની અગાઉની શોધથી પ્રેરિત હતો, અને તે એલન મેકડિયારમિડ અને એલન જે. હીગર એટ અલ દ્વારા વિકસિત પોલિએસિટીલીન લિથિયમ આયન બેટરીથી શરૂ થયો હોવાનું પણ જોઈ શકાય છે. 1980: સમર બાસુના ઊંચા તાપમાને ગ્રેફાઇટમાં લી + આંતરક્રિયાના અહેવાલને અનુસરીને (ઉપર 1977 જુઓ), રચિદ યાઝામીએ ઓરડાના તાપમાને ગ્રેફાઇટમાં લિથિયમના ઉલટાવી શકાય તેવા વિદ્યુતરાસાયણિક આંતરક્રિયાનું પ્રદર્શન કર્યું. તે સમયે જાણીતા કાર્બનિક બૅટરી દ્રાવકો, ગ્રેફાઇટ નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ સાથે ચાર્જ કરતી વખતે વિઘટિત થાય છે. આ કારણોસર, યાઝામીએ ઘન ઇલેક્ટ્રોલાઇટનો ઉપયોગ દર્શાવવા માટે કર્યો હતો કે ઓરડાના તાપમાને ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ મિકેનિઝમ દ્વારા લિથિયમને ઉલટાવી શકાય તેવું રીતે ગ્રેફાઇટમાં જોડી શકાય છે. 1983: માઈકલ એમ. ઠાકરે, પીટર બ્રુસ, વિલિયમ ડેવિડ અને જ્હોન બી. ગુડેનફે લિથિયમ-આયન બેટરીઓ માટે ચાર્જ કેથોડ સામગ્રી તરીકે મેંગેનીઝ સ્પિનલ, એમએન2ઓ4 વિકસાવ્યું. તેમાં સ્રાવ પર બે સપાટ પઠારો છે, એક 4V પર લિથિયમ, એક સ્ટોઇકિઓમેટ્રી LiMn2O4, અને એક 3V પર અંતિમ સ્ટોઇકિઓમેટ્રી Li2Mn2O4 સાથે. 1985: અકીરા યોશિનોએ કાર્બોનેસિયસ સામગ્રી (એસિટિલીન બ્લેક) નો ઉપયોગ કરીને રિચાર્જ કરી શકાય તેવી લિ-આયન બેટરીનું પ્રદર્શન કર્યું, જેમાં લિથિયમ આયનોને નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ (એનોડ) અને લિથિયમ કોબાલ્ટ ઓક્સાઇડ () તરીકે સકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ (કેથોડ) તરીકે દાખલ કરી શકાય છે. આનાથી સુરક્ષામાં નાટ્યાત્મક રીતે સુધારો થયો અને સોનીને 5 વર્ષ પછી રિચાર્જ કરી શકાય તેવી લિથિયમ-આયન બૅટરીના વ્યાવસાયિક પ્રક્ષેપણ માટે તૈયાર કરી. 1985માં યોશિનોની ડિઝાઇન પ્રોપીલીન કાર્બોનેટમાં (ગ્રેફાઇટ નેગોડને નિષ્ક્રિય કરવા માટે હાલમાં ઉપયોગમાં લેવાતા ઇથિલિન અથવા રેખીય કાર્બોનેટ વિના) અને બાઈન્ડર તરીકે પોલીવિનાઇલિન ડિફ્લુરાઇડને બદલે પોલીએક્રિલોનાઇટ્રાઇલનો ઉપયોગ કરવામાં 0.6 મોલ LiClO4 (LiPF6ને બદલે) નો ઉપયોગ કરવામાં અંતિમ (1990) ડિઝાઇનથી અલગ હતી. 1986: લગભગ તે જ સમયે અકિરા યોશિનો, ઓબોર્ન અને બાર્બેરિયોએ બેલ લેબોરેટરીમાં સ્વતંત્ર રીતે સંપૂર્ણ રીતે વિસર્જિત સ્થિતિમાં એસેમ્બલ કરેલી બીજી સાચી રોકિંગ-ચેર બેટરીનું પ્રદર્શન કર્યું. તેમની 1.8V લિથિયમ-આયન બેટરીમાં પોસોડ તરીકે LiCOO2, ઇલેક્ટ્રોલાઇટ તરીકે પ્રોપીલીન કાર્બોનેટમાં 1M LiPF6 અને નેગોડ તરીકે MoO2નો સમાવેશ થાય છે. 1986: અકિરા યોશિનોની આગેવાની હેઠળના અસાહી સંશોધકોએ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ તરીકે પીસી, ગામા-બ્યુટિરોલેક્ટોન (γBL) અને ઇથિલિન કાર્બોનેટ (ઇસી) ના મિશ્રણમાં ઓગળેલા લિથિયમ ટેટ્રાફ્લોરોબોરેટ (LiBF4) સાથે રિચાર્જ કરી શકાય તેવી બેટરીનું પ્રદર્શન કર્યું. ફ્લોરિનયુક્ત આયન એ. એલ. પ્રવાહ સંગ્રાહકને નિષ્ક્રિય કરવામાં અને દ્રાવકો સાથે સુસંગત બનવામાં અસરકારક સાબિત થયું, જ્યારે ઇથિલિન કાર્બોનેટ (જે ઓરડાના તાપમાને ઘન હોય છે અને પ્રવાહી બનાવવા માટે અન્ય દ્રાવકો સાથે મિશ્રિત થાય છે) એનોડ પર જરૂરી ઘન ઇલેક્ટ્રોલાઇટ ઇન્ટરફેઝ પ્રદાન કરે છે, આમ આધુનિક લિથિયમ-આયન બેટરી તરફ દોરી જતી પઝલના અંતિમ ભાગને જાહેરમાં જાહેર કરે છે. આ ડિઝાઇન વ્યવહારીક રીતે આજે વ્યાપારી લિથિયમ-આયન બેટરીઓમાં ઉપયોગમાં લેવાતી સમાન હતી (એલ. આઈ. બી. એફ. 4 ને એલ. આઈ. પી. એફ. 6 સાથે બદલવામાં આવી હતી, જે દ્રાવક (ઓ) સાથે ઓછી પ્રતિક્રિયાશીલ છે). 1987-1989: અરુમુગમ મંથિરમ અને જ્હોન બી. ગુડએનફે કેથોડ્સના પોલિયનિયન વર્ગની શોધ કરી. તેઓએ દર્શાવ્યું હતું કે પોલીયાનિયન ધરાવતા હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ, દા. ત., સલ્ફેટ્સ, પોલીયાનિયનની પ્રેરક અસરને કારણે ઓક્સાઇડ કરતા વધુ વોલ્ટેજ ઉત્પન્ન કરે છે. આ પોલીયાનિયન વર્ગમાં લિથિયમ આયર્ન ફોસ્ફેટ જેવી સામગ્રી હોય છે. 1989: લિથિયમ ધાતુ ધરાવતા મોલી ઊર્જા કોષોને પાછા બોલાવવામાં આવતા, ભારે પરંતુ સુરક્ષિત દ્વિ-આંતરક્રિયા (એટલે કે, મોલી ઊર્જા કોષો) ની તરફેણમાં સંશોધકોની ધારણા અચાનક બદલાઈ ગઈ. લિથિયમ-આયનને બદલે લિથિયમ-મેટલ) બેટરી. 1989-10-11: બર્નાબી (કેનેડા) માં મોલી એનર્જી ખાતે જેફ ડહ્ન અને બે સહકર્મીઓ એક જર્નલ લેખ રજૂ કરે છે, જે ઇથિલિન કાર્બોનેટ દ્રાવકની હાજરીમાં (50:50 માં પ્રોપીલીન કાર્બોનેટ અને 1M LiASF6 મીઠું સાથે મિશ્રણમાં) ગ્રેફાઇટમાં લિથિયમ આયનોના ઉલટાવી શકાય તેવા આંતરક્રિયા સાબિત કરે છે, અને પ્રથમ ચાર્જ પર નક્કર ઇલેક્ટ્રોલાઇટ ઇન્ટેફેઝની રચનાનું પ્રદર્શન કરે છે, ત્યારબાદ રિવર્સિબલ બેટરી સાઇકલિંગ થાય છે. આ અનિવાર્યપણે રચના છે, જેનો ઉપયોગ 1992 થી વ્યાપારી લી-આયન બેટરીઓમાં કરવામાં આવશે, સિવાય કે લી. એ. એસ. એફ. 6 ને લી. પી. એફ. 6 સાથે બદલવામાં આવ્યું છે. 1990: ફ્રાન્સના ગ્રેનોબલમાં ફ્રેન્ચ નેશનલ સેન્ટર ફોર સાયન્ટિફિક રિસર્ચ ખાતે રચિદ યાઝામીએ લિથિયમ-આયન બેટરીઓ માટે ગ્રેફાઇટ એનોડ અને પ્રવાહી ઇલેક્ટ્રોલાઇટ વિકસાવવા માટે સોની સાથે સહયોગ કરવાનું શરૂ કર્યું, આખરે જાદુઈ ઇથિલિન કાર્બોનેટ દ્રાવકની શોધ કરી, જેના પરિણામે સોફ્ટ કાર્બન એનોડવાળા કોષોની ચોક્કસ ઊર્જા લગભગ બમણી (155 Wh/કિલોગ્રામ) થઈ ગઈ. 1990-12-10: જાપાનના સાન્યો ઇલેક્ટ્રિક પેટન્ટ અરજી દાખલ કરે છે, જે રિચાર્જ (ca. 250 ચક્ર) મિશ્ર ઇથિલિન કાર્બોનેટ + ડાઇમિથાઇલ કાર્બોનેટ દ્રાવક સાથે લિથિયમ મેટલ બેટરી અને ઇલેક્ટ્રોલાઇટ તરીકે LiPF6. 1990: અંગ્રેજી શબ્દ "લિથિયમ-આયન બેટરી", જેની શોધ નવી તકનીકને કમનસીબ લિથિયમ મેટલ બેટરીથી અલગ પાડવા માટે માર્કેટિંગ સાધન તરીકે કરવામાં આવી હતી, તે પ્રથમ વખત એક પ્રકાશનમાં દેખાયો. તેનો ઉપયોગ સોનીના કર્મચારીઓ દ્વારા કરવામાં આવતો હતો. 2017 માં (રસાયણશાસ્ત્રમાં 2019 નો નોબેલ પુરસ્કાર એનાયત થયાના 2 વર્ષ પહેલાં) જ્યોર્જ બ્લોમગ્રેને કેટલીક અટકળો રજૂ કરી હતી કે શા માટે અકીરા યોશિનોના જૂથે જેફ ડહ્નના જૂથ પહેલાં વ્યાપારી રીતે સક્ષમ લિથિયમ-આયન બેટરીનું ઉત્પાદન કર્યું હતુંઃ ડહ્ન જૂથે મેટલ ઓક્સાઇડને બદલે લિથિયમ સામે કાર્બોનેસિયસ પોઝિટિવ ઇલેક્ટ્રોડનું પરીક્ષણ કર્યું હતું. તેથી, તેઓએ LiASF6 ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સાથે એલ્યુમિનિયમ પોઝિટિવ કરંટ કલેક્ટરના ગંભીર કાટનું અવલોકન કર્યું ન હતું, પરંતુ યોશિનો એટ અલ. વપરાય છે. એલ. આઈ. પી. એફ. 6, જેનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે જાપાનમાં પ્રાથમિક લિથિયમ ધાતુની બેટરીઓ માટે થતો હતો. યોશિનો એટ અલ. અલ્ટીમેટ વિનર-પોલીવિનિલિડીન ફ્લોરાઇડ સહિત વિવિધ બાઈન્ડરનો પણ અભ્યાસ કર્યો હતો, જ્યારે ડહ્નના જૂથે માત્ર ઇથિલિન પ્રોપિલિન ડાઇન મોનોમર (ઇ. પી. ડી. એમ.) નો ઉપયોગ કર્યો હતો, જે વ્યાપારી એલ. આઈ. બી. માટે પૂરતા ટકાઉ ન હોવાનું બહાર આવ્યું હતું. પોર્ટેબલ એપ્લિકેશન્સમાં વ્યાપારીકરણઃ 1991-2007 વિકાસની પ્રગતિ સાથે લિથિયમ-આયન બેટરીની કામગીરી અને ક્ષમતામાં વધારો થયો. 1991: સોની અને અસાહી કાસેઈએ પ્રથમ રિચાર્જ કરી શકાય તેવી લિથિયમ-આયન બેટરીનું વ્યાવસાયિક વેચાણ શરૂ કર્યું. આ ટેકનોલોજીનું સફળતાપૂર્વક વ્યાપારીકરણ કરનારી જાપાની ટીમનું નેતૃત્વ યોશિઓ નિશીએ કર્યું હતું. 1991માં લિથિયમ-આયન બેટરીના ઇતિહાસમાં બીજા સમયગાળા (વ્યાપારીકરણ) ની શરૂઆત થઈ, જે આ પૃષ્ઠ પર દર્શાવવામાં આવેલા "વર્ષ દ્વારા વિદ્યુતરાસાયણિક શક્તિ સ્ત્રોતો વિશેના પ્રકાશનોની સંખ્યા" અને "લિથિયમ-આયન બેટરી વિશે બિન-પેટન્ટ પ્રકાશનોની સંખ્યા" ના પ્લોટમાં પરિવર્તન બિંદુઓ તરીકે પ્રતિબિંબિત થાય છે. બૅટરીમાં સોફ્ટ કાર્બન (ગ્રેફાઇટને બદલે) એનોડ અને લીકોઓ2 કેથોડનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો. લિથિયમ-આયન બેટરી ઉત્પાદનના વિકાસ સાથે સોનીની સફળતાને મોનોડિસ્પર્સ (20 માઇક્રોન) મેટલ ઓક્સાઇડ માઇક્રોપાર્ટિકલ્સના ઉત્પાદન અને ચુંબકીય ટેપ માટે કોટિંગ પ્રક્રિયાઓ સાથેના કંપનીના અગાઉના અનુભવથી ફાયદો થયો. 1994: આઈકોનેક્ટીવ બેલકોર દ્વારા લી પોલિમરનું પ્રથમ વ્યાપારીકરણ. 1994: પ્રથમ જલીય લી-આયન "રોકિંગ ચેર" રસાયણશાસ્ત્રનું પ્રદર્શન ડહ્ન એટ અલ દ્વારા કરવામાં આવ્યું હતું. તેમાં 1 mM LiOH સાથે 5 M LiNO3 ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં VO2 એનોડ અને LiMn2O4 કેથોડ હતો. 1996: ગુડએનફ, અક્ષય પાધી અને સહકાર્યકરોએ હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ સામગ્રી તરીકે લિથિયમ આયર્ન ફોસ્ફેટ અને અન્ય ફોસ્ફો-ઓલિવિન્સ (ખનિજ ઓલિવિન્સ જેવી જ રચના ધરાવતા લિથિયમ મેટલ ફોસ્ફેટ) નો પ્રસ્તાવ મૂક્યો. 1996: સોની અને નિસાને 124 માઇલ ડ્રાઇવિંગ રેન્જ સાથે લિથિયમ-આયન બેટરી સંચાલિત કાર FEV II વિકસાવવા માટે ભાગીદારીની જાહેરાત કરી. 1998: સી. એસ. જ્હોનસન, જે. ટી. વાઘે, એમ. એમ. ઠાકરે, ટી. ઇ. બોફિંગર અને એસ. એ. હેકનીએ ઉચ્ચ ક્ષમતા ધરાવતા ઉચ્ચ વોલ્ટેજ ધરાવતા લિથિયમ-સમૃદ્ધ એન. એમ. સી. કેથોડ સામગ્રીની શોધનો અહેવાલ આપ્યો. 2001: અરુમુગમ મંથિરમ અને સહકાર્યકરોએ શોધ્યું કે સ્તરવાળી ઓક્સાઇડ કેથોડની ક્ષમતાની મર્યાદાઓ રાસાયણિક અસ્થિરતાનું પરિણામ છે જે ઓક્સિજન 2 પી બેન્ડની ટોચની સરખામણીમાં ધાતુ 3 ડી બેન્ડની સંબંધિત સ્થિતિના આધારે સમજી શકાય છે. આ શોધ લિથિયમ આયન બેટરી સ્તરવાળી ઓક્સાઇડ કેથોડ્સની વ્યવહારીક રીતે સુલભ રચનાત્મક જગ્યા તેમજ સલામતીના દ્રષ્ટિકોણથી તેમની સ્થિરતા માટે નોંધપાત્ર અસરો ધરાવે છે. 2001: ક્રિસ્ટોફર જ્હોનસન, માઈકલ ઠાકરે, ખલીલ એમાઇન અને જેકૂક કિમે ડોમેન માળખા પર આધારિત લિથિયમ નિકલ મેંગેનીઝ કોબાલ્ટ ઓક્સાઇડ (એનએમસી) લિથિયમ સમૃદ્ધ કેથોડ માટે પેટન્ટ ફાઇલ કરી. 2001: ઝોંગહુઆ લુ અને જેફ ડહને એન. એમ. સી. વર્ગની હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ સામગ્રી માટે પેટન્ટ દાખલ કરી, જે વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાતા લિથિયમ કોબાલ્ટ ઓક્સાઇડ પર સલામતી અને ઊર્જા ઘનતામાં સુધારા પ્રદાન કરે છે. 2002: એમ. આઈ. ટી. ખાતે ઈટ-મિંગ ચિયાંગ અને તેમના જૂથે એલ્યુમિનિયમ, નિયોબિયમ અને ઝિર્કોનિયમ સાથે ડોપિંગ કરીને લિફેપો 4 સામગ્રીની વાહકતાને વધારીને લિથિયમ બેટરીની કામગીરીમાં નોંધપાત્ર સુધારો દર્શાવ્યો. આ વધારા માટેનું ચોક્કસ કારણ વ્યાપક ચર્ચાનો વિષય બની ગયું હતું. 2004: હજુ સુધી-મિંગ ચિઆંગે ફરીથી 100 નેનોમીટરથી ઓછા વ્યાસના લિથિયમ આયર્ન ફોસ્ફેટ કણોનો ઉપયોગ કરીને કામગીરીમાં વધારો કર્યો. આનાથી કણોની ઘનતામાં લગભગ સો ગણો ઘટાડો થયો, હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડના સપાટીના વિસ્તારમાં વધારો થયો અને ક્ષમતા અને કામગીરીમાં સુધારો થયો. વ્યાપારીકરણને કારણે ઉચ્ચ ક્ષમતાની લિથિયમ-આયન બેટરીઓના બજારમાં ઝડપી વૃદ્ધિ થઈ, તેમજ ચિયાંગ અને જ્હોન ગુડએનફ વચ્ચે પેટન્ટ ઉલ્લંઘનની લડાઈ થઈ. 2004: પીઆર ચાઇનામાંથી લિથિયમ-આયન બેટરીઓ વિશે બિન-પેટન્ટ પ્રકાશનોની સંખ્યા યુએસએને વટાવી ગઈ. 2011 સુધી જાપાન ત્રીજો અગ્રણી દેશ હતો, જ્યારે તેને દક્ષિણ કોરિયાએ પાછળ છોડી દીધો હતો. 2005: વાય સોંગ, પી. વાય. ઝવલીજ અને એમ. સ્ટેનલી વ્હિટિંગહામે ઓટોમોટિવ એપ્લિકેશન્સમાં ઉચ્ચ ઊર્જા ઘનતા સાથે નવી બે-ઇલેક્ટ્રોન વેનેડિયમ ફોસ્ફેટ કેથોડ સામગ્રીનો અહેવાલ આપ્યોઃ 2008-આજે 2008: ટેસ્લા રોડસ્ટરનું લોન્ચિંગ-પ્રથમ હાઇવે કાનૂની, સીરીયલ ઉત્પાદન, લિથિયમ-આયન બેટરી સેલનો ઉપયોગ કરવા માટે ઓલ-ઇલેક્ટ્રિક કાર, અને ચાર્જ દીઠ 244 માઇલ (393 કિમી) થી વધુ મુસાફરી કરવા માટે પ્રથમ ઉત્પાદન ઓલ-ઇલેક્ટ્રિક કાર-લિ-આયન બેટરીના ઇતિહાસમાં એક નવા યુગની શરૂઆત કરી, જે પ્લોટમાં ઇન્ફ્લેક્શન પોઇન્ટ તરીકે સૂચવવામાં આવે છે "વર્ષ દ્વારા ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પાવરસોર્સ વિશેના પ્રકાશનોની સંખ્યા" અને "લિથિયમ-આયન બેટરી વિશે બિન-પેટન્ટ પ્રકાશનોની સંખ્યા" 2011: આર્ગોન નેશનલ લેબોરેટરી ખાતે વિકસાવવામાં આવેલા લિથિયમ નિકલ મેંગેનીઝ કોબાલ્ટ ઓક્સાઇડ (એનએમસી) કેથોડ્સનું ઓહિયોમાં બીએએસએફ દ્વારા વ્યાવસાયિક રીતે ઉત્પાદન કરવામાં આવે છે. 2011: જાપાનમાં તમામ પોર્ટેબલ સેકન્ડરી (એટલે કે રિચાર્જ કરી શકાય તેવી) બેટરીના વેચાણમાં લિથિયમ-આયન બેટરીનો હિસ્સો 66 ટકા હતો. 2012: જ્હોન ગુડએનફ, રચિદ યાઝામી અને અકીરા યોશિનોને લિથિયમ આયન બેટરી વિકસાવવા માટે પર્યાવરણીય અને સલામતી તકનીકો માટે 2012 IEEE મેડલ મળ્યો. 2014: જ્હોન ગુડએનફ, યોશિઓ નિશી, રચિદ યાઝામી અને અકીરા યોશિનોને આ ક્ષેત્રમાં તેમના અગ્રણી પ્રયાસો માટે નેશનલ એકેડેમી ઓફ એન્જિનિયરિંગનો ચાર્લ્સ સ્ટાર્ક ડ્રેપર પુરસ્કાર એનાયત કરવામાં આવ્યો હતો. 2014: સિલિકોન એનોડનો ઉપયોગ કરીને એમ્પ્રીયસ કોર્પોરેશનની વ્યાવસાયિક બેટરી 650 Wh/L (20 ટકા વધારો) સુધી પહોંચી હતી અને ગ્રાહકોને પહોંચાડવામાં આવી હતી. 2016: કોઇચી મિઝુશિમા અને અકીરા યોશિનોને મિઝુશિમાની લિથિયમ-આયન બેટરી માટે લિકોઓ 2 કેથોડ સામગ્રીની શોધ અને યોશિનોના લિથિયમ-આયન બેટરીના વિકાસ માટે નેશનલ ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ફોર મટિરિયલ્સ સાયન્સ તરફથી એનઆઇએમએસ એવોર્ડ મળ્યો. 2016: ઝેડ. ક્વિ અને ગેરી કોએનિગે નમૂના-આધારિત અભિગમનો ઉપયોગ કરીને પેટા-માઇક્રોમીટર કદના ઉત્પાદન માટે સ્કેલેબલ પદ્ધતિનો અહેવાલ આપ્યો. 2019: રસાયણશાસ્ત્રનો નોબેલ પુરસ્કાર જ્હોન ગુડએનફ, સ્ટેનલી વ્હિટિંગહામ અને અકીરા યોશિનોને "લિથિયમ આયન બૅટરીના વિકાસ માટે" આપવામાં આવ્યો હતો. 2022: બૅટરી સ્ટાર્ટઅપ સ્પાર્કેઝે બ્રિજપોર્ટ, ડબલ્યુ. વી. માં એક ગ્લાસ પ્લાન્ટને શૂન્ય-કોબાલ્ટ લિથિયમ બેટરીનું ઉત્પાદન કરવા માટે રૂપાંતરિત કરવાની યોજનાની જાહેરાત કરી. બજાર ઉદ્યોગે 2012માં આશરે 660 મિલિયન નળાકાર લિથિયમ-આયન કોષોનું ઉત્પાદન કર્યું હતું; 18650નું કદ નળાકાર કોષો માટે અત્યાર સુધીમાં સૌથી વધુ લોકપ્રિય છે. જો ટેસ્લાએ 2014માં 40,000 મોડલ એસ ઇલેક્ટ્રિક કાર મોકલવાના તેના લક્ષ્યને પૂર્ણ કર્યું હોત અને જો 85-કેડબલ્યુએચની બેટરી, જે આમાંથી 7,104 સેલનો ઉપયોગ કરે છે, તે યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સની જેમ વિદેશમાં પણ લોકપ્રિય સાબિત થઈ હોત, તો 2014ના એક અભ્યાસમાં અનુમાન લગાવવામાં આવ્યું હતું કે એકલા મોડલ એસ 2014 દરમિયાન અંદાજિત વૈશ્વિક નળાકાર બેટરી ઉત્પાદનના લગભગ 40 ટકા ઉપયોગ કરશે., ઉત્પાદન ધીમે ધીમે ઉચ્ચ ક્ષમતા 3,000 + એમએએચ સેલ તરફ આગળ વધી રહ્યું હતું. 2013માં વાર્ષિક ફ્લેટ પોલિમર સેલની માંગ 700 મિલિયનને વટાવી જવાની ધારણા હતી. સમય જતાં લિથિયમ-આયન બેટરીની કિંમતોમાં ઘટાડો થયો છે. એકંદરે, 1991 અને 2018 ની વચ્ચે, તમામ પ્રકારના લિથિયમ-આયન કોષો (કેડબલ્યુએચ દીઠ ડોલરમાં) ની કિંમતો લગભગ 97 ટકા ઘટી હતી. આ જ સમયગાળામાં ઊર્જાની ઘનતા ત્રણ ગણી વધી ગઈ છે. ઊર્જાની ઘનતા વધારવાના પ્રયાસોએ ખર્ચમાં ઘટાડામાં નોંધપાત્ર યોગદાન આપ્યું છે. 2015માં, ખર્ચનો અંદાજ $300-500 kWh સુધીનો હતો. 2016માં જીએમએ જાહેર કર્યું હતું કે તેઓ ચેવી બોલ્ટ ઇ. વી. માં બેટરીઓ માટે ચૂકવણી કરશે. વર્ષ 2017માં રહેણાંક ઊર્જા સંગ્રહ પ્રણાલીઓ સ્થાપિત કરવાની સરેરાશ કિંમત વર્ષ 2015માં 1600 ડૉલર પ્રતિ કિલોવોટ પ્રતિ કલાકથી ઘટીને વર્ષ 2040 સુધીમાં 250 ડૉલર પ્રતિ કિલોવોટ પ્રતિ કલાક થવાની અપેક્ષા હતી અને વર્ષ 2030 સુધીમાં તેમાં 70 ટકા ઘટાડો થવાની અપેક્ષા હતી. 2019 માં, કેટલાક ઇલેક્ટ્રિક વાહનની બેટરી પેકની કિંમત $150-200 હોવાનો અંદાજ હતો, અને વીડબ્લ્યુએ નોંધ્યું હતું કે તે તેની આગામી પેઢીના ઇલેક્ટ્રિક વાહનો માટે ચૂકવણી કરી રહી છે. બૅટરીનો ઉપયોગ ગ્રીડ ઊર્જા સંગ્રહ અને આનુષંગિક સેવાઓ માટે થાય છે. ફોટોવોલ્ટેઇક અને એનારોબિક પાચન બાયોગેસ પાવર પ્લાન્ટ સાથે જોડાયેલા લિ-આયન સંગ્રહ માટે, લિ-આયન વધુ નફો પેદા કરશે જો તેને વધુ વારંવાર સાયકલ ચલાવવામાં આવે (તેથી વધુ આજીવન વીજળીનું ઉત્પાદન), જો કે અધોગતિને કારણે જીવનકાળમાં ઘટાડો થાય છે. વિવિધ પ્રકારના લિથિયમ નિકલ કોબાલ્ટ મેંગેનીઝ ઓક્સાઇડ (એન. સી. એમ.) અને લિથિયમ નિકલ કોબાલ્ટ એલ્યુમિનિયમ ઓક્સાઇડ (એન. સી. એ.) કેથોડ પાઉડર સ્તરવાળી રચના સાથે વ્યાવસાયિક રીતે ઉપલબ્ધ છે. તેમની રાસાયણિક રચનાઓ ઘટક ધાતુઓના દાઢ ગુણોત્તર દ્વારા નિર્દિષ્ટ કરવામાં આવે છે. એન. સી. એમ. 111 (અથવા એન. સી. એમ. 333) નિકલ, કોબાલ્ટ અને મેંગેનીઝના સમધ્રુવીય ભાગો ધરાવે છે. નોંધપાત્ર રીતે, એન. સી. એમ. કેથોડ્સમાં, મેંગેનીઝ વિદ્યુત સક્રિય નથી અને બૅટરીના ચાર્જ-ડિસ્ચાર્જ ચક્ર દરમિયાન + 4 ઓક્સિડેશન સ્થિતિમાં રહે છે. કોબાલ્ટને ઓક્સિડેશન અવસ્થાઓ + 3 અને + 4 વચ્ચે અને નિકલ-+ 2 અને + 4 વચ્ચે સાયકલ કરવામાં આવે છે. કોબાલ્ટની ઊંચી કિંમત અને નિકલ અણુ દીઠ ચક્રીય ઇલેક્ટ્રોનની ઊંચી સંખ્યાને કારણે, ઉચ્ચ-નિકલ (જેને "નિકલ-સમૃદ્ધ" તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે) સામગ્રી (Ni અણુ ટકાવારી> 50 ટકા સાથે) બેટરી સંશોધકો અને બેટરી ઉત્પાદકો બંનેનું નોંધપાત્ર ધ્યાન મેળવે છે. જો કે, ઉચ્ચ-ની કેથોડ્સ O2 ઉત્ક્રાંતિ અને લી +/ની 4 + કેટાયન મિશ્રણ માટે વધુ પડતા ચાર્જ પર સંવેદનશીલ હોય છે. , એન. એમ. સી. 532 અને એન. એમ. સી. 622 એ ઇલેક્ટ્રિક વાહનો માટે પસંદગીના ઓછા કોબાલ્ટ પ્રકારો હતા, જેમાં એન. એમ. સી. 811 અને તેનાથી પણ ઓછા કોબાલ્ટ ગુણોત્તરમાં વપરાશમાં વધારો જોવા મળ્યો હતો, જે કોબાલ્ટની નિર્ભરતાને ઘટાડે છે. જોકે, ઇલેક્ટ્રિક વાહનો માટે કોબાલ્ટ 2018ના પ્રથમ અર્ધવાર્ષિક ગાળામાં 81 ટકા વધીને 2019ના પ્રથમ અર્ધવાર્ષિક ગાળામાં 7,200 ટન થયું હતું, જેની બેટરી ક્ષમતા 46.3 GWh હતી. 2010માં વૈશ્વિક લિથિયમ-આયન બેટરી ઉત્પાદન ક્ષમતા 20 ગીગાવોટ-કલાક હતી. 2016 સુધીમાં, તે ચીનમાં 16.4 GWh સાથે 28 GWh હતું. 2021 માં ઉત્પાદન વિવિધ સ્રોતો દ્વારા 200 થી 600 GWh વચ્ચે હોવાનો અંદાજ છે, અને 2023 માટે આગાહીઓ 400 થી 1,100 GWh સુધીની છે. એલ. જી. કેમ, જી. એસ. યુઆસા, હિટાચી મેક્સેલ, એનઇસી, પેનાસોનિક/સાન્યો, સેમસંગ, સોની અને તોશિબા સહિત નવ કોર્પોરેટ પરિવારોમાં અવિશ્વાસ-હિંસક ભાવ-નિર્ધારણ કાર્ટેલ 2000 અને 2011 ની વચ્ચે બેટરીની કિંમતોમાં ધાંધલી અને ઉત્પાદનને મર્યાદિત કરતું હોવાનું જણાયું હતું. સંદર્ભો લિથિયમ-આયન બૅટરી લિથિયમ-આયન બૅટરી