Bez ohledu na výkon, cenu nebo bezpečnost jsou polovodičové dobíjecí baterie nejlepší volbou, jak nahradit fosilní energii a nakonec realizovat cestu k novým energetickým vozidlům.
Jako vynálezce katodových materiálů, jako jsou LiCoO2, LiMn2O4 a LiFePO4, je Goodenough dobře známý v oblastilithium-iontové bateriea je skutečně „otcem lithium-iontových baterií“.
John B. Goodenough, kterému je 96 let, v nedávném článku v NatureElectronics shrnuje historii vynálezu dobíjecí lithium-iontové baterie a ukazuje cestu vpřed.
V 70. letech propukla v USA ropná krize.Vláda si uvědomila svou přílišnou závislost na dovozu ropy a zahájila velké úsilí o rozvoj solární a větrné energie.Vzhledem k přerušované povaze sluneční a větrné energie,nabíjecí bateriebyly nakonec potřeba k uskladnění těchto obnovitelných a čistých zdrojů energie.
Klíčem k vratnému nabíjení a vybíjení je reverzibilita chemické reakce!
V té době většina nenabíjecích baterií používala lithiové záporné elektrody a organické elektrolyty.Aby bylo možné dosáhnout dobíjecích baterií, všichni začali pracovat na reverzibilním zabudování iontů lithia do vrstvených sulfidových katod přechodných kovů.Stanley Whittingham z ExxonMobil objevil, že reverzibilního nabíjení a vybíjení lze dosáhnout interkalační chemií s použitím vrstveného TiS2 jako katodového materiálu, přičemž produktem výboje je LiTiS2.
Tento článek, vyvinutý Whittinghamem v roce 1976, dosáhl dobré počáteční účinnosti.Po několika opakováních nabíjení a vybíjení se však uvnitř článku vytvořily lithiové dendrity, které rostly z negativní na kladnou elektrodu a vytvořily zkrat, který by mohl zapálit elektrolyt.Tento pokus opět skončil neúspěchem!
Goodenough, který se přestěhoval do Oxfordu, mezitím zkoumal, kolik lithia by mohlo být nanejvýš odstraněno z vrstvených katodových materiálů LiCoO2 a LiNiO2, než se struktura změní.Nakonec dosáhli reverzibilního odstranění více než poloviny lithia z katodového materiálu.
Tento výzkum nakonec vedl Akiru Yoshina z AsahiKasei k přípravě prvníhodobíjecí lithium-iontová baterie: LiCoO2 jako kladná elektroda a grafitický uhlík jako záporná elektroda.Tato baterie byla úspěšně použita v prvních mobilních telefonech Sony.
Za účelem snížení nákladů a zvýšení bezpečnosti.Zcela pevná dobíjecí baterie s pevným elektrolytem se zdá být důležitým směrem budoucího vývoje.
Již v 60. letech 20. století evropští chemici pracovali na reverzibilním vkládání iontů lithia do vrstevnatých materiálů sulfidů přechodných kovů.V té době byly standardními elektrolyty pro dobíjecí baterie především silné kyselé a alkalické vodné elektrolyty jako H2SO4 nebo KOH.Protože v těchto vodných elektrolytech má H+ dobrou difuzivitu.
V té době byly nejstabilnější dobíjecí baterie vyrobeny s vrstveným NiOOH jako katodovým materiálem a silným alkalickým vodným elektrolytem jako elektrolytem.h+ mohl být reverzibilně zabudován do vrstvené katody NiOOH za vzniku Ni(OH)2.problém byl v tom, že vodný elektrolyt omezoval napětí baterie, což mělo za následek nízkou hustotu energie.
V roce 1967 Joseph Kummer a Neill Weber z Ford Motor Company zjistili, že Na+ má dobré difúzní vlastnosti v keramických elektrolytech nad 300 °C.Poté vynalezli nabíjecí baterii Na-S: roztavený sodík jako zápornou elektrodu a uhlíkové pásy obsahující roztavenou síru jako kladnou elektrodu.V důsledku toho vynalezli nabíjecí baterii Na-S: roztavený sodík jako zápornou elektrodu, roztavenou síru obsahující uhlíkový pás jako kladnou elektrodu a pevnou keramiku jako elektrolyt.Provozní teplota 300 °C však tuto baterii odsoudila k nemožnosti komercializace.
V roce 1986 Goodenough realizoval plně polovodičovou dobíjecí lithiovou baterii bez generování dendritů pomocí NASICON.V současné době jsou komercializovány plně polovodičové dobíjecí lithiové a sodíkové baterie na bázi polovodičových elektrolytů, jako je NASICON.
V roce 2015 MariaHelena Braga z University of Porto také předvedla izolační porézní oxidový pevný elektrolyt s vodivostí lithiových a sodných iontů srovnatelnou s organickými elektrolyty, které se v současnosti používají v lithium-iontových bateriích.
Stručně řečeno, bez ohledu na výkon, cenu nebo bezpečnost, plně polovodičové dobíjecí baterie jsou nejlepší volbou, jak nahradit fosilní energii a nakonec realizovat cestu k novým energetickým vozidlům!
Čas odeslání: 25. srpna 2022