Литиевые источники тока

Химический источник тока
устройство, в котором химическая энергия пространственно разделенного взаимодействия окислителя и восстановителя напрямую превращается в электрическую энергию

Почему литий?
самый отрицательный электродный потенциал среди металлов (-3,04 В в водном растворе)
самая высокая удельная энергия (11760 Вт∙ч/кг)

Щелочной литиевый источник тока

Требования к неводным растворителям
Устойчивость лития
Способность образовывать
А) концентрированные
Б) высокоэлектропроводные
растворы литиевых солей

Литий - «слишком» активный металл
термодинамические расчеты показывают принципиальную возможность восстановления литием ВСЕХ мыслимых веществ, которые могли бы использоваться вместо воды в качестве растворителя
ОДНАКО сохранность литиевого анода – не проблема!

Литий устойчив в неводных растворителях!
на поверхности лития образуется защитная пленка из нерастворимых продуктов взаимодействия
оксид лития Li2O
карбонат лития Li2CO3
галогениды лития
другие соли лития
пленка нанометровой толщины обладает заметной ионной электропроводностью

Пример: образование карбонатной пассивной пленки
восстановление пропиленкарбоната
восстановление этиленкарбоната

Неводные растворители: проблема растворимости
Простые литиевые соли и основание (LiOH, LiNO3 и др.) не растворяются в неводных растворителях
РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ: применение комплексных солей (LiBH4, LiPF6, LiAsF6, LiClAl4)

Неводные растворители: проблема низкой электропроводности
Пропиленкарбонат, этиленкарбонат:
(+) Высокая диэлектрическая проницаемость
соли хорошо диссоциируют
(-) Большая вязкость
электропроводность очень низкая
Диметоксиэтан:
(-) Низкая диэлектрическая проницаемость
соли диссоциируют плохо
(+) Низкая вязкость
РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ: применение смешанных растворителей

Электрохимическая система Li│MnO2
токообразующая реакция – интеркаляция лития
хLi + MnO2 → LixMnO2

Металлический литий и аккумуляторы несовместимы?
ПРОБЛЕМА: защитная пленка инкапсюлирует литий

Решение проблемы: литий-ионный аккумулятор

Токообразующая реакция: непрерывная перекачка ионов Li+