Litiumioniakku
Historia > Ennen kaupallista tuotantoa

Nykyään Binghamtonin yliopistossa työskentelevä kemian professori Michael Stanley Whittingham keksi litiumakun työskennellessään Exxon Mobililla 1970-luvulla. Whittingham käytti titaanisulfidia ja litiumia elektrodeina. Paristot, jotka sisälsivät litiumia, herättivät turvallisuuskysymyksiä, sillä litium on helposti reagoiva aine. Litium palaa normaalissa olosuhteissa veden ja hapen vaikutuksesta. Tämän takia ryhdyttiin kehittämään paristoja, joissa on metallisen litiumin sijasta litiumyhdisteitä, jotka vastaanottavat ja vapauttavat litiumioneja.
J. O. Besenhard keksi 1970-luvulla käännettävän interkaloituvan grafiitin ja interkalaatiomateriaalin osaksi katodisia oksideja. Besenhard ehdotti sen soveltamista litiumkennoissa. Elektrolyyttien hajoamisella ja liuottimen yhteisvaikutuksella oli haittoja akkujen kestoon.
John B. Goodenough ja Koichi Mizushima esittelivät Oxfordin yliopistossa vuonna 1979 uudelleen ladattavan 4 V:n akun, jossa käytettiin litiumkobolttioksidia positiivisena elektrodina ja litiumia negatiivisena elektrodina. Tämä innovaatio edellytti positiivisen elektrodin materiaalia, joka teki akuista mahdollisen. Litiumkobolttioksidi on vakaata positiivisen elektrodin materiaalia, joka toimii luovuttaen litiumioneja, eli sitä voidaan käyttää jonkin muun kuin puhtaan litiumin kanssa. Litiumkobolttioksidia pystyttiin käyttämään vakaiden ja helposti käsiteltävien negatiivisten elektrodien kanssa.
Samat Basu osoitti sähkökemiallisen interkalaation litiumilla grafiitissa vuonna 1977. Tämä johti interkaloituneen grafiittielektrodin kehitykseen, tarjoten vaihtoehdon perinteiselle puhtaan litiumin akuille.
Vuonna 1980 Rachid Yazami esitteli reversiibelin sähkökemiallisen interkalaation litiumilla grafiitissa. Ladattaessa negatiivista elektrodia tuolloin käytettävissä olevat orgaaniset elektrolyytit hajosivat latauksen aikana. Tämä hidasti litiumakkujen kehitystä. Yazami käytti kiinteää elektrolyyttiä osoittamaan, että litiumia voitaisiin käänteisesti interkaloitua grafiittiin sähkökemiallisen mekanismin kautta. Grafiittielektrodi on yleisimmin käytetty elektrodi litiumakuissa.
Michael M. Thackeray ja Goodenough huomasivat vuonna 1983, että mangaanispinelli on toimiva positiivinen elektrodi­materiaali. Spinelli osoitti suuria lupauksia, koska se oli edullinen ja sillä on hyvä elektroninen ja litiumioni-johtavuus sekä kolmiulotteinen rakenne, joka antaa sille hyvän rakenteellisen vakauden. Puhdas mangaanispinelli kuluu käytössä, mutta tämä voidaan ratkaista kemiallisella modifikaatiolla. Mangaanispinelli otettiin kaupalliseen käyttöön akuissa 2013.
Vuonna 1985 Akira Yoshino kokosi prototyypin akusta, jossa oli hiilimateriaalia, johon litiumioneja voitaisiin lisätä yhtenä elektrodina, ja litiumkobolttioksidia, joka on vakaa ilmassa. Turvallisuus parani huomattavasti, kun ei käytetty litiumia. Litiumkobolttioksidi otettiin teollisen mittakaavan tuotantoon, ja se edustaa litiumioniakun syntyä.
Vuonna 1989, Goodenough ja Arumugam Manthiram osoittivat, että erilaisia polyanioneja, kuten sulfaatteja, sisältävät positiiviset elektrodit tuottavat suurempia jännitteitä kuin oksideja sisältävät, mikä johtuu induktion vaikutuksesta polyanioniin.