Uavhengig av ytelse, kostnad eller sikkerhetshensyn, er helt oppladbare batterier i fast tilstand det beste valget for å erstatte fossil energi og til slutt realisere veien til nye energikjøretøyer.
Som oppfinneren av katodematerialer som LiCoO2, LiMn2O4 og LiFePO4, er Goodenough godt kjent innenlitium-ion-batterierog er virkelig "faren til litium-ion-batterier".
I en fersk artikkel i NatureElectronics gjennomgår John B. Goodenough, som er 96 år gammel, historien om oppfinnelsen av det oppladbare litium-ion-batteriet og viser veien videre.
På 1970-tallet brøt det ut en oljekrise i USA.Regjeringen innså sin overavhengighet av oljeimport, og begynte en stor innsats for å utvikle sol- og vindenergi.På grunn av den intermitterende naturen til sol- og vindenergi,oppladbare batterierble til slutt nødvendig for å lagre disse fornybare og rene energikildene.
Nøkkelen til reversibel lading og utladning er reversibiliteten til den kjemiske reaksjonen!
På den tiden brukte de fleste ikke-oppladbare batteriene litium negative elektroder og organiske elektrolytter.For å oppnå oppladbare batterier begynte alle å jobbe med reversibel innebygging av litiumioner i lagdelte overgangsmetallsulfidkatoder.Stanley Whittingham fra ExxonMobil oppdaget at reversibel lading og utlading kunne oppnås ved interkaleringskjemi ved å bruke lagdelt TiS2 som katodemateriale, med utladningsproduktet LiTiS2.
Denne cellen, utviklet av Whittingham i 1976, oppnådde god initial effektivitet.Etter flere repetisjoner av lading og utlading ble det imidlertid dannet litiumdendritter inne i cellen, som vokste fra den negative til den positive elektroden, og skapte en kortslutning som kunne antenne elektrolytten.Dette forsøket, igjen, endte i fiasko!
I mellomtiden undersøkte Goodenough, som flyttet til Oxford, hvor mye litium som på det meste kunne frigjøres fra de lagdelte LiCoO2- og LiNiO2-katodematerialene før strukturen endret seg.Til slutt oppnådde de reversibel de-embedding av mer enn halvparten av litiumet fra katodematerialet.
Denne forskningen ledet til slutt Akira Yoshino fra AsahiKasei til å forberede den førsteoppladbart litium-ion-batteri: LiCoO2 som positiv elektrode og grafittisk karbon som negativ elektrode.Dette batteriet ble vellykket brukt i Sonys tidligste mobiltelefoner.
For å redusere kostnadene og forbedre sikkerheten.Det helsolide oppladbare batteriet med solid som elektrolytt ser ut til å være en viktig retning for fremtidig utvikling.
Så tidlig som på 1960-tallet arbeidet europeiske kjemikere med reversibel innleiring av litiumioner i lagdelte overgangsmetallsulfidmaterialer.På den tiden var standardelektrolyttene for oppladbare batterier hovedsakelig sterke sure og alkaliske vandige elektrolytter som H2SO4 eller KOH.Fordi H+ i disse vandige elektrolyttene har god diffusivitet.
På den tiden ble de mest stabile oppladbare batteriene laget med lagdelt NiOOH som katodemateriale og en sterk alkalisk vandig elektrolytt som elektrolytt.h+ kunne være reversibelt innebygd i den lagdelte NiOOH-katoden for å danne Ni(OH)2.problemet var at den vandige elektrolytten begrenset spenningen til batteriet, noe som resulterte i lav energitetthet.
I 1967 oppdaget Joseph Kummer og NeillWeber fra Ford Motor Company at Na+ har gode diffusjonsegenskaper i keramiske elektrolytter over 300°C.De oppfant deretter et Na-S oppladbart batteri: smeltet natrium som den negative elektroden og smeltet svovelholdig karbonbånd som den positive elektroden.Som et resultat oppfant de et Na-S oppladbart batteri: smeltet natrium som negativ elektrode, smeltet svovel som inneholder et karbonbånd som positiv elektrode, og en solid keramikk som elektrolytt.Driftstemperaturen på 300°C dømte imidlertid dette batteriet til å være umulig å kommersialisere.
I 1986 realiserte Goodenough et oppladbart litiumbatteri i fast tilstand uten dendritgenerering ved bruk av NASICON.For tiden er oppladbare litium- og natriumbatterier basert på faststoff-elektrolytter som NASICON kommersialisert.
I 2015 demonstrerte MariaHelena Braga ved Universitetet i Porto også en isolerende, porøs oksid fast elektrolytt med litium- og natriumioneledningsevne som kan sammenlignes med de organiske elektrolyttene som for tiden brukes i litiumionbatterier.
Kort sagt, uavhengig av ytelse, kostnad eller sikkerhetshensyn, er helt oppladbare batterier i fast tilstand det beste valget for å erstatte fossil energi og til slutt realisere veien til nye energikjøretøyer!
Innleggstid: 25. august 2022