Ne glede na zmogljivost, ceno ali varnost so polprevodniške polnilne baterije najboljša izbira za zamenjavo fosilne energije in sčasoma uresničitev poti do novih energetskih vozil.
Kot izumitelj katodnih materialov, kot so LiCoO2, LiMn2O4 in LiFePO4, je Goodenough dobro znan na področjulitij-ionske baterijein je resnično "oče litij-ionskih baterij".
V nedavnem članku v NatureElectronics John B. Goodenough, ki je star 96 let, pregleduje zgodovino izuma litij-ionske baterije za ponovno polnjenje in kaže pot naprej.
V sedemdesetih letih prejšnjega stoletja je v ZDA izbruhnila naftna kriza.Ker se je vlada zavedala svoje prevelike odvisnosti od uvoza nafte, je začela veliko prizadevanje za razvoj sončne in vetrne energije.Zaradi občasne narave sončne in vetrne energije,polnilne baterijeso bili sčasoma potrebni za shranjevanje teh obnovljivih in čistih virov energije.
Ključ do reverzibilnega polnjenja in praznjenja je reverzibilnost kemične reakcije!
Takrat je večina baterij brez možnosti polnjenja uporabljala litijeve negativne elektrode in organske elektrolite.Da bi dosegli polnilne baterije, so se vsi začeli ukvarjati z reverzibilnim vgrajevanjem litijevih ionov v plastne sulfidne katode prehodnih kovin.Stanley Whittingham iz ExxonMobila je odkril, da je mogoče reverzibilno polnjenje in praznjenje doseči z interkalacijsko kemijo z uporabo večplastnega TiS2 kot katodnega materiala, pri čemer je produkt praznjenja LiTiS2.
Ta celica, ki jo je razvil Whittingham leta 1976, je dosegla dobro začetno učinkovitost.Vendar so se po več ponovitvah polnjenja in praznjenja znotraj celice oblikovali litijevi dendriti, ki so zrasli iz negativne v pozitivno elektrodo, kar je povzročilo kratek stik, ki bi lahko vžgal elektrolit.Tudi ta poskus se je končal neuspešno!
Medtem je Goodenough, ki se je preselil v Oxford, raziskoval, koliko litija je mogoče kvečjemu odstraniti iz večplastnih katodnih materialov LiCoO2 in LiNiO2, preden se struktura spremeni.Na koncu so dosegli reverzibilno odstranitev več kot polovice litija iz katodnega materiala.
Ta raziskava je na koncu vodila Akiro Yoshino iz AsahiKasei, da je pripravil prvopolnilna litij-ionska baterija: LiCoO2 kot pozitivna elektroda in grafitni ogljik kot negativna elektroda.Ta baterija je bila uspešno uporabljena v prvih Sonyjevih mobilnih telefonih.
Da bi zmanjšali stroške in izboljšali varnost.Zdi se, da je popolnoma trdna polnilna baterija s trdnim elektrolitom pomembna usmeritev za prihodnji razvoj.
Že v šestdesetih letih prejšnjega stoletja so se evropski kemiki ukvarjali z reverzibilnim vgrajevanjem litijevih ionov v plastne sulfidne materiale prehodnih kovin.Takrat so bili standardni elektroliti za akumulatorske baterije predvsem močni kisli in alkalni vodni elektroliti, kot sta H2SO4 ali KOH.Ker ima v teh vodnih elektrolitih H+ dobro difuznost.
Takrat so bile najstabilnejše polnilne baterije izdelane s slojevitim NiOOH kot katodnim materialom in močnim alkalnim vodnim elektrolitom kot elektrolitom.h+ se lahko reverzibilno vgradi v slojevito NiOOH katodo, da se tvori Ni(OH)2.težava je bila v tem, da je vodni elektrolit omejeval napetost baterije, kar je povzročilo nizko energijsko gostoto.
Leta 1967 sta Joseph Kummer in NeillWeber iz Ford Motor Company odkrila, da ima Na+ dobre difuzijske lastnosti v keramičnih elektrolitih nad 300 °C.Nato so izumili Na-S akumulatorsko baterijo: staljeni natrij kot negativna elektroda in staljeni ogljikovi trakovi, ki vsebujejo žveplo, kot pozitivna elektroda.Posledično so izumili Na-S akumulatorsko baterijo: staljeni natrij kot negativna elektroda, staljeno žveplo, ki vsebuje ogljikov pas, kot pozitivna elektroda in trdna keramika kot elektrolit.Vendar pa je delovna temperatura 300 °C to baterijo obsodila na nemogoče trženje.
Leta 1986 je Goodenough s pomočjo NASICON-a izdelal popolnoma polprevodniško litijevo baterijo za polnjenje brez ustvarjanja dendritov.Trenutno so komercializirane popolnoma polprevodniške litijeve in natrijeve baterije, ki temeljijo na polprevodniških elektrolitih, kot je NASICON.
Leta 2015 je MariaHelena Braga z Univerze v Portu predstavila tudi izolacijski porozni oksidni trdni elektrolit s prevodnostjo litijevega in natrijevega iona, ki je primerljiv z organskimi elektroliti, ki se trenutno uporabljajo v litij-ionskih baterijah.
Skratka, ne glede na zmogljivost, ceno ali varnost so polprevodniške polnilne baterije najboljša izbira za zamenjavo fosilne energije in sčasoma uresničitev poti do novih energetskih vozil!
Čas objave: 25. avgusta 2022