Bez obzira na performanse, troškove ili sigurnost, potpuno poluprovodničke punjive baterije su najbolji izbor za zamjenu fosilne energije i na kraju ostvariti put ka vozilima nove energije.
Kao izumitelj katodnih materijala kao što su LiCoO2, LiMn2O4 i LiFePO4, Goodenough je dobro poznat u oblastilitijum-jonske baterijei zaista je "otac litijum-jonskih baterija".
U nedavnom članku u NatureElectronics, John B. Goodenough, koji ima 96 godina, osvrće se na povijest pronalaska litijum-jonske baterije koja se može puniti i pokazuje put naprijed.
Sedamdesetih godina prošlog stoljeća u Sjedinjenim Državama izbila je naftna kriza.Shvativši svoju preveliku ovisnost o uvozu nafte, vlada je započela velike napore u razvoju solarne energije i energije vjetra.Zbog isprekidane prirode sunčeve i energije vjetra,punjive baterijena kraju su bili potrebni za skladištenje ovih obnovljivih i čistih izvora energije.
Ključ reverzibilnog punjenja i pražnjenja je reverzibilnost hemijske reakcije!
U to vrijeme većina nepunjivih baterija koristila je litijumske negativne elektrode i organske elektrolite.Kako bi dobili punjive baterije, svi su počeli raditi na reverzibilnom ugrađivanju litijum jona u slojevite sulfidne katode prelaznih metala.Stanley Whittingham iz ExxonMobil-a otkrio je da se reverzibilno punjenje i pražnjenje može postići interkalacijskom hemijom koristeći slojeviti TiS2 kao katodni materijal, a proizvod pražnjenja je LiTiS2.
Ova ćelija, koju je razvio Whittingham 1976. godine, postigla je dobru početnu efikasnost.Međutim, nakon nekoliko ponavljanja punjenja i pražnjenja, unutar ćelije su se formirali litijevi dendriti, koji su narasli od negativne do pozitivne elektrode, stvarajući kratki spoj koji bi mogao zapaliti elektrolit.Ovaj pokušaj se, opet, završio neuspjehom!
U međuvremenu, Goodenough, koji se preselio u Oksford, istraživao je koliko se litijuma najviše može izdvojiti iz slojevitog LiCoO2 i LiNiO2 katodnog materijala prije nego što se struktura promijeni.Na kraju su postigli reverzibilno uklanjanje više od polovine litijuma iz katodnog materijala.
Ovo istraživanje je na kraju navelo Akiru Jošina iz AsahiKaseija da pripremi prvopunjiva litijum-jonska baterija: LiCoO2 kao pozitivna elektroda i grafitni ugljik kao negativna elektroda.Ova baterija je uspješno korištena u Sonyjevim najranijim mobilnim telefonima.
U cilju smanjenja troškova i poboljšanja sigurnosti.Potpuno čvrsta punjiva baterija s čvrstim elektrolitom čini se važnim smjerom za budući razvoj.
Još 1960-ih, evropski hemičari su radili na reverzibilnom ugrađivanju litijum jona u slojevito sulfidne materijale prelaznog metala.U to vrijeme, standardni elektroliti za punjive baterije su uglavnom bili jaki kiseli i alkalni vodeni elektroliti kao što su H2SO4 ili KOH.Jer, u ovim vodenim elektrolitima, H+ ima dobru difuziju.
U to vrijeme, najstabilnije punjive baterije su napravljene sa slojevitim NiOOH kao katodnim materijalom i jakim alkalnim vodenim elektrolitom kao elektrolitom.h+ se može 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 gustinom energije.
Godine 1967. Joseph Kummer i NeillWeber iz Ford Motor Company otkrili su da Na+ ima dobra difuziona svojstva u keramičkim elektrolitima iznad 300°C.Zatim su izumili Na-S punjivu bateriju: rastopljeni natrij kao negativnu elektrodu i rastopljeni sumpor koji sadrži ugljenik kao pozitivnu elektrodu.Kao rezultat toga, izumili su Na-S punjivu bateriju: rastopljeni natrij kao negativnu elektrodu, rastopljeni sumpor koji sadrži ugljični pojas kao pozitivnu elektrodu i čvrstu keramiku kao elektrolit.Međutim, radna temperatura od 300°C osudila je ovu bateriju na nemogućnost komercijalizacije.
Godine 1986. Goodenough je realizovao potpuno punjivu litijumsku bateriju bez stvaranja dendrita koristeći NASICON.Trenutno su potpuno komercijalne punjive litijumske i natrijumske baterije zasnovane na čvrstim elektrolitima kao što je NASICON.
Godine 2015. MariaHelena Braga sa Univerziteta u Portu je također demonstrirala izolacijski čvrsti elektrolit od poroznog oksida s provodljivošću litijum i natrijum jona uporedivu sa organskim elektrolitima koji se trenutno koriste u litijum-jonskim baterijama.
Ukratko, bez obzira na performanse, troškove ili sigurnost, potpuno poluprovodničke punjive baterije su najbolji izbor za zamjenu fosilne energije i na kraju ostvariti put do novih energetskih vozila!
Vrijeme objave: 25.08.2022