लिथियम कोबाल्ट ऑक्साइड: Difference between revisions

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Latest revision as of 09:31, 15 July 2023

लिथियम कोबाल्ट ऑक्साइड[1]
Lithium-cobalt-oxide-3D-balls.png
__ Li+     __ Co3+     __ O2−
Lithium-cobalt-oxide-3D-polyhedra.png
Names
IUPAC name
लिथियम कोबाल्ट (III) ऑक्साइड
Other names
लिथियम कोबाल्टाइट
Identifiers
3D model (JSmol)
ChemSpider
EC Number
  • 235-362-0
  • InChI=1S/Co.Li.2O/q+3;+1;2*-2
    Key: LSZLYXRYFZOJRA-UHFFFAOYSA-N
  • [Li+].[O-2].[Co+3].[O-2]
Properties
LiCoO
2
Molar mass 97.87 g mol−1
Appearance गहरा नीला या नीला-भूरा क्रिस्टलीय ठोस
Hazards
Occupational safety and health (OHS/OSH):
Main hazards
 हानिकारक
GHS labelling:
GHS07: Exclamation markGHS08: Health hazard
Danger
H317, H350, H360
P201, P202, P261, P272, P280, P281, P302+P352, P308+P313, P321, P333+P313, P363, P405, P501
Except where otherwise noted, data are given for materials in their standard state (at 25 °C [77 °F], 100 kPa).
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लिथियम कोबाल्ट ऑक्साइड, जिसे कभी-कभी लिथियम कोबाल्टेट[2] या लिथियम कोबाल्टाइट[3] भी कहा जाता है। यह एक रासायनिक यौगिक है जिसका सूत्र LiCoO
2 है। कोबाल्ट परमाणु औपचारिक रूप से +3 ऑक्सीकरण अवस्था में होते हैं इसलिए इसका आईयूपीएसी नाम लिथियम कोबाल्ट (III) ऑक्साइड है।

लिथियम कोबाल्ट ऑक्साइड एक गहरा नीला या नीला-भूरा क्रिस्टलीय ठोस है।[4] यह सामान्यतः लिथियम आयन बैटरी के धनात्मक इलेक्ट्रोड में उपयोग किया जाता है।

संरचना

LiCoO
2 की संरचना का अध्ययन एक्स-रे विवर्तन, इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शिकी, न्यूट्रॉन चूर्ण विवर्तन और ईएक्सएएफएस सहित कई तकनीकों के साथ किया गया है।[5] ठोस अवस्था में संयोजक लिथियम धनायनों Li+
 की परतें होती हैं जो कोबाल्ट और ऑक्सीजन परमाणुओं की विस्तारित आयनिक सतहों के बीच स्थित होती हैं, जो इलेक्ट्रॉन साझा करने वाले ऑक्टाहेड्रा के रूप में व्यवस्थित होती हैं, जिसमें परत के तल के समानांतर दो चरण होते हैं।[6] कोबाल्ट परमाणु औपचारिक रूप से त्रिसंयोजक ऑक्सीकरण अवस्था Co3+
 में होते हैं और ऑक्सीजन परमाणुओं O2−
 की दो परतों के बीच माध्यमिक अवस्था मे होते हैं।

प्रत्येक परत (कोबाल्ट, ऑक्सीजन या लिथियम) में परमाणु एक नियमित त्रिकोणीय जालक में व्यवस्थित होते हैं। जालक को अनुपयुक्त किया जाता है ताकि लिथियम परमाणु कोबाल्ट परमाणुओं से सबसे दूर रहे और संरचना प्रत्येक तीन कोबाल्ट या लिथियम परतों के समतल के लंबवत दिशा में दोहराती है। हरमन-मौगुइन संकेत में बिंदु समूह समरूपता होती है, जो तीन गुना अनुपयुक्त घूर्णी समरूपता और दर्पण समतल के साथ एक इकाई बैटरी को दर्शाता है। तीन गुना घूर्णी अक्ष (जो परतों के लिए सामान्य है) को असंगत कहा जाता है क्योंकि ऑक्सीजन के त्रिकोण (प्रत्येक ऑक्टाहेड्रोन के विपरीत पक्षों पर होने के कारण) विरोधी-संरेखित होते हैं।[7]

विनिर्माण

पूर्ण रूप से कम किए गए लिथियम कोबाल्ट ऑक्साइड को लिथियम कार्बोनेट Li
2CO
3 और कोबाल्ट (II,III) ऑक्साइड Co
3O
4 या धात्विक कोबाल्ट के तत्वानुपातकीय मिश्रण को 600–800 °C पर गर्म करके तैयार किया जा सकता है, फिर उत्पाद को 900 °C पर कई घंटों के लिए ऑक्सीजन वातावरण में रखा जाता है।[6][3][7]

LCO Synthesis
नैनोमीटर-आकार और उप-माइक्रोमीटर आकार का एलसीओ संश्लेषण मार्ग[8]

कैथोड मे उपयोग के लिए अधिक उपयुक्त नैनोमीटर आकार के कणों को हाइड्रेटेड कोबाल्ट ऑक्सालेट β CoC
2O
4·2H
2O के रॉड जैसे क्रिस्टल के रूप में लगभग 8 μm लंबे और 0.4 μm चौड़े लिथियम हाइड्रोक्साइड LiOH के साथ 750-900°C तक कैल्सीनेशन द्वारा भी प्राप्त किया जा सकता है।[9]

तीसरी विधि में पानी के विलयन में समान मात्रा में लिथियम एसीटेट, कोबाल्ट एसीटेट और साइट्रिक अम्ल का उपयोग किया जाता है। 80 °C पर गर्म करने से मिश्रण श्यान पारदर्शी जेल में परिवर्तित हो जाता है। फिर शुष्क जेल को पीसकर धीरे-धीरे 550 °C तक गर्म किया जाता है।[10]

पुनःआवेशनीय बैटरी में प्रयोग

अंतर्निवेशन इलेक्ट्रोड के रूप में लिथियम कोबाल्ट ऑक्साइड की उपयोगिता की खोज 1980 में जॉन बी. गुडइनफ और टोक्यो विश्वविद्यालय के कोइची मिज़ुशिमा के नेतृत्व वाले ऑक्सफोर्ड विश्वविद्यालय के अनुसंधान समूह द्वारा की गई थी।[11]

इस यौगिक का उपयोग अब कुछ पुनःआवेशनीय लिथियम-आयन बैटरियों में कैथोड के रूप में किया जाता है, जिसमें कण के आकार नैनोमीटर से लेकर माइक्रोमीटर तक होते हैं।[10][9] आवेश के समय कोबाल्ट का आंशिक रूप से 4 अवस्था में ऑक्सीकरण किया जाता है, जिसमें कुछ लिथियम आयन विद्युत् अपघट्य में चले जाते हैं, जिसके परिणामस्वरूप 0 <x <1 के साथ LiCoO
2 यौगिकों की एक श्रृंखला होती है।[3]

LiCoO
2 कैथोड के साथ उत्पादित बैटरियों में अत्यधिक स्थिर क्षमता होती है, लेकिन (विशेष रूप से निकेल-समृद्ध) निकेल कोबाल्ट एल्यूमीनियम (एनसीए) या निकेल कोबाल्ट मैंगनीज (एनसीएम) ऑक्साइड पर आधारित कैथोड की तुलना में अपेक्षाकृत कम क्षमता और ऊर्जा होती है।[12] अन्य निकेल समृद्ध रसायन शास्त्र की तुलना में LiCoO
2 कैथोड के लिए तापीय स्थिरता के अपेक्षाकृत कारण हैं, हालांकि ये महत्वपूर्ण नहीं हैं। यह LiCoO
2 बैटरियों को उच्च तापमान संचालन (>130 °C) या अतिआवेशन जैसे दुरुपयोग की स्थितियों में ऊष्मीय संचालन के लिए अतिसंवेदनशील बनाता है। उच्च तापमान पर LiCoO
2 अपघटन ऑक्सीजन उत्पन्न करता है, जो बैटरी के कार्बनिक विद्युत् अपघट्य के साथ प्रतिक्रिया करता है। इस अत्यधिक उष्माक्षेपी प्रतिक्रिया की मात्रा के कारण यह एक सुरक्षा चिंता का विषय है, जो आसन्न बैटरियों में विस्तृत हो सकती है या आस-पास की दहनशील धातुओं को प्रज्वलित कर सकती है।[13] सामान्यतः इसको कई लिथियम आयन बैटरियों मे कैथोड के रूप मे देखा जा सकता है।

यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ 442704 - Lithium cobalt(III) oxide (2012-09-14). "Sigma-Aldrich product page". Sigmaaldrich.com. Retrieved 2013-01-21.
  2. ↑ A. L. Emelina, M. A. Bykov, M. L. Kovba, B. M. Senyavin, E. V. Golubina (2011), "Thermochemical properties of lithium cobaltate". Russian Journal of Physical Chemistry, volume 85, issue 3, pages 357–363; doi:10.1134/S0036024411030071
  3. ↑ 3.0 3.1 3.2 Ondřej Jankovský, Jan Kovařík, Jindřich Leitner, Květoslav Růžička, David Sedmidubský (2016) "Thermodynamic properties of stoichiometric lithium cobaltite LiCoO2". Thermochimica Acta, volume 634, pages 26-30. doi:10.1016/j.tca.2016.04.018
  4. ↑ LinYi Gelon New Battery Materials Co., Ltd, "Lithium Cobalt Oxide (LiCoO2) for lithium ion battery ". Catalog entry, accessed on 2018-04-10,
  5. ↑ I. Nakai; K. Takahashi; Y. Shiraishi; T. Nakagome; F. Izumi; Y. Ishii; F. Nishikawa; T. Konishi (1997). "X-ray absorption fine structure and neutron diffraction analyses of de-intercalation behavior in the LiCoO2 and LiNiO2 systems". Journal of Power Sources. 68 (2): 536–539. Bibcode:1997JPS....68..536N. doi:10.1016/S0378-7753(97)02598-6.
  6. ↑ 6.0 6.1 Shao-Horn, Yang; Croguennec, Laurence; Delmas, Claude; Nelson, E. Chris; O'Keefe, Michael A. (July 2003). "Atomic resolution of lithium ions in LiCoO
    2    [[Category: Templates Vigyan Ready]]"    . Nature Materials. 2 (7): 464–467. doi:10.1038/nmat922. PMID 12806387. S2CID 34357573.     {{cite journal}}: URL–wikilink conflict (help)
  7. ↑ 7.0 7.1 H. J. Orman & P. J. Wiseman (January 1984). "Cobalt(III) lithium oxide, CoLiO
    2    : structure refinement by powder neutron diffraction". Acta Crystallographica Section C. 40 (1): 12–14. doi:10.1107/S0108270184002833.
  8. ↑ Qi, Zhaoxiang; Koenig, Gary M. (2016-08-16). "High-Performance LiCoO2Sub-Micrometer Materials from Scalable Microparticle Template Processing". ChemistrySelect (in English). 1 (13): 3992–3999. doi:10.1002/slct.201600872. ISSN 2365-6549.
  9. ↑ 9.0 9.1 Qi, Zhaoxiang (August 2016). "High-Performance LiCoO2 Sub-Micrometer Materials from Scalable Microparticle Template Processing". ChemistrySelect. 1 (13): 3992–3999. doi:10.1002/slct.201600872.
  10. ↑ 10.0 10.1 Tang, W.; Liu, L. L.; Tian, S.; Li, L.; Yue, Y. B.; Wu, Y. P.; Guan, S. Y.; Zhu, K. (2010-11-01). "Nano-LiCoO2 as cathode material of large capacity and high rate capability for aqueous rechargeable lithium batteries". Electrochemistry Communications. 12 (11): 1524–1526. doi:10.1016/j.elecom.2010.08.024.
  11. ↑ K. Mizushima, P. C. Jones, P. J. Wiseman, J. B. Goodenough (1980), "Li
    x    CoO
    2     (0<x<1): A New Cathode Material for Batteries of High Energy Density". Materials Research Bulletin, volume 15, pages 783–789. doi:10.1016/0025-5408(80)90012-4
  12. ↑ Oswald, Stefan; Gasteiger, Hubert A. (2023-03-01). "स्तरित लिथियम संक्रमण धातु आक्साइड की संरचनात्मक स्थिरता सीमा चार्ज के उच्च राज्य और निकल सामग्री पर इसकी निर्भरता पर ऑक्सीजन रिलीज के कारण". Journal of The Electrochemical Society. 170 (3): 030506. doi:10.1149/1945-7111/acbf80. ISSN 0013-4651.
  13. ↑ Doughty, Daniel; Pesaran, Ahmad. "वाहन बैटरी सुरक्षा रोडमैप मार्गदर्शन" (PDF). National Renewable Energy Laboratory. Retrieved 19 January 2013.


बाहरी संबंध

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