Bez obzira na performanse, cijenu ili sigurnosna razmatranja, potpuno čvrste punjive baterije najbolji su izbor za zamjenu fosilne energije i konačno ostvarenje puta prema novim energetskim vozilima.
Kao izumitelj katodnih materijala kao što su LiCoO2, LiMn2O4 i LiFePO4, Goodenough je dobro poznat u područjulitij-ionske baterijei doista je "otac litij-ionskih baterija".
U nedavnom članku u NatureElectronicsu, John B. Goodenough, koji ima 96 godina, daje pregled povijesti izuma punjive litij-ionske baterije i pokazuje put naprijed.
Sedamdesetih godina prošlog stoljeća u SAD-u je izbila naftna kriza. Uvidjevši svoju preveliku ovisnost o uvozu nafte, vlada je započela velike napore u razvoju solarne energije i energije vjetra. Zbog povremene prirode sunčeve energije i energije vjetra,punjive baterijekonačno bili potrebni za skladištenje ovih obnovljivih i čistih izvora energije.
Ključ reverzibilnog punjenja i pražnjenja je reverzibilnost kemijske reakcije!
U to je vrijeme većina nepunjivih baterija koristila litijeve negativne elektrode i organske elektrolite. Kako bi se dobile punjive baterije, svi su počeli raditi na reverzibilnom ugrađivanju litijevih iona u slojevite sulfidne katode prijelaznih metala. Stanley Whittingham iz ExxonMobila otkrio je da se reverzibilno punjenje i pražnjenje može postići kemijom interkalacije korištenjem slojevitog TiS2 kao katodnog materijala, s produktom pražnjenja LiTiS2.
Ova ćelija, koju je razvio Whittingham 1976., postigla je dobru početnu učinkovitost. Međutim, nakon nekoliko ponavljanja punjenja i pražnjenja, unutar ćelije formiraju se litijevi dendriti, koji rastu od negativne do pozitivne elektrode, stvarajući kratki spoj koji može zapaliti elektrolit. I ovaj pokušaj je završio neuspjehom!
U međuvremenu, Goodenough, koji se preselio u Oxford, istraživao je koliko se najviše litija može ukloniti iz slojevitih LiCoO2 i LiNiO2 katodnih materijala prije nego što se struktura promijeni. Na kraju su postigli reverzibilno uklanjanje više od polovice litija iz katodnog materijala.
Ovo je istraživanje naposljetku usmjerilo Akiru Yoshino iz AsahiKaseija da pripremi prvipunjiva litij-ionska baterija: LiCoO2 kao pozitivna elektroda i grafitni ugljik kao negativna elektroda. Ova se baterija uspješno koristila u prvim Sonyjevim mobitelima.
Kako bi se smanjili troškovi i poboljšala sigurnost. Potpuno čvrsta punjiva baterija s čvrstim elektrolitom čini se važnim smjerom budućeg razvoja.
Još 1960-ih europski kemičari radili su na reverzibilnom ugrađivanju litijevih iona u slojevite sulfidne materijale prijelaznih metala. U to su vrijeme standardni elektroliti za punjive baterije bili uglavnom jaki kiseli i alkalni vodeni elektroliti poput H2SO4 ili KOH. Jer, u ovim vodenim elektrolitima, H+ ima dobru difuznost.
U to su vrijeme najstabilnije punjive baterije bile napravljene sa slojevitim NiOOH kao katodnim materijalom i jakim alkalnim vodenim elektrolitom kao elektrolitom. h+ bi se mogao reverzibilno ugraditi u slojevitu NiOOH katodu da bi se formirao Ni(OH)2. problem je bio u tome što je vodeni elektrolit ograničavao napon baterije, što je rezultiralo niskom gustoćom energije.
Godine 1967. Joseph Kummer i NeillWeber iz Ford Motor Company otkrili su da Na+ ima dobra svojstva difuzije u keramičkim elektrolitima iznad 300°C. Zatim su izumili Na-S punjivu bateriju: rastaljeni natrij kao negativna elektroda i rastaljeni sumporni ugljični pojasevi kao pozitivna elektroda. Kao rezultat toga, izumili su Na-S punjivu bateriju: rastaljeni natrij kao negativna elektroda, rastaljeni sumpor koji sadrži ugljičnu traku kao pozitivna elektroda i čvrsta keramika kao elektrolit. Međutim, radna temperatura od 300°C osudila je ovu bateriju na nemogućnost komercijalizacije.
Godine 1986. Goodenough je pomoću NASICON-a realizirao punjivu litijevu bateriju u čvrstom stanju bez stvaranja dendrita. Trenutno su komercijalizirane punjive litijeve i natrijeve baterije u čvrstom stanju koje se temelje na elektrolitima u čvrstom stanju kao što je NASICON.
Godine 2015. MariaHelena Braga sa Sveučilišta u Portu također je demonstrirala izolacijski porozni oksidni čvrsti elektrolit s vodljivošću iona litija i natrija usporedivom s organskim elektrolitima koji se trenutno koriste u litij-ionskim baterijama.
Ukratko, bez obzira na performanse, cijenu ili sigurnosna razmatranja, potpuno čvrste punjive baterije najbolji su izbor za zamjenu fosilne energije i konačno ostvarenje puta prema novim energetskim vozilima!
Vrijeme objave: 25. kolovoza 2022