Indiferent de performanță, cost sau considerente de siguranță, bateriile reîncărcabile cu stare solidă sunt cea mai bună alegere pentru a înlocui energia fosilă și, în cele din urmă, să realizeze drumul către vehicule cu energie nouă.
În calitate de inventator al materialelor catodice precum LiCoO2, LiMn2O4 și LiFePO4, Goodenough este bine cunoscut în domeniulbaterii litiu-ionși este cu adevărat „părintele bateriilor litiu-ion”.
Într-un articol recent din NatureElectronics, John B. Goodenough, care are 96 de ani, trece în revistă istoria inventării bateriei reîncărcabile litiu-ion și arată calea de urmat.
În anii 1970, în Statele Unite a izbucnit o criză a petrolului.Dându-și seama de dependența excesivă de importurile de petrol, guvernul a început un efort major de dezvoltare a energiei solare și eoliene.Datorită naturii intermitente a energiei solare și eoliene,baterii reîncărcabileau fost în cele din urmă necesare pentru a stoca aceste surse de energie regenerabilă și curată.
Cheia pentru încărcarea și descărcarea reversibile este reversibilitatea reacției chimice!
La acel moment, majoritatea bateriilor nereîncărcabile foloseau electrozi negativi cu litiu și electroliți organici.Pentru a obține baterii reîncărcabile, toată lumea a început să lucreze la încorporarea reversibilă a ionilor de litiu în catozi stratificati de sulfură de metal de tranziție.Stanley Whittingham de la ExxonMobil a descoperit că încărcarea și descărcarea reversibile ar putea fi realizate prin chimia de intercalare folosind TiS2 stratificat ca material catod, produsul de descărcare fiind LiTiS2.
Această celulă, dezvoltată de Whittingham în 1976, a obținut o eficiență inițială bună.Cu toate acestea, după mai multe repetări de încărcare și descărcare, în interiorul celulei s-au format dendrite de litiu, care au crescut de la electrodul negativ la cel pozitiv, creând un scurtcircuit care ar putea aprinde electrolitul.Această încercare, din nou, s-a încheiat cu eșec!
Între timp, Goodenough, care s-a mutat la Oxford, a investigat cât de mult litiu ar putea fi cel mult dezintegrat din materialele stratificate ale catodic LiCoO2 și LiNiO2 înainte ca structura să se schimbe.În cele din urmă, au realizat dezintegrarea reversibilă a mai mult de jumătate din litiu din materialul catodic.
Această cercetare l-a ghidat în cele din urmă pe Akira Yoshino de la AsahiKasei să pregătească primulbaterie reîncărcabilă litiu-ion: LiCoO2 ca electrod pozitiv și carbon grafitic ca electrod negativ.Această baterie a fost folosită cu succes în cele mai vechi telefoane mobile ale Sony.
Pentru a reduce costurile și pentru a îmbunătăți siguranța.Bateria reîncărcabilă complet solidă cu electrolit solid pare a fi o direcție importantă pentru dezvoltarea viitoare.
Încă din anii 1960, chimiștii europeni au lucrat la încorporarea reversibilă a ionilor de litiu în materiale stratificate de sulfură de metal de tranziție.La acea vreme, electroliții standard pentru bateriile reîncărcabile erau în principal electroliți aposi puternici acizi și alcalini, cum ar fi H2SO4 sau KOH.Pentru că, în acești electroliți apoși, H+ are o difuzivitate bună.
La acel moment, cele mai stabile baterii reîncărcabile erau fabricate cu NiOOH stratificat ca material catod și un electrolit apos alcalin puternic ca electrolit.h+ ar putea fi încorporat reversibil în catodul NiOOH stratificat pentru a forma Ni(OH)2.problema a fost că electrolitul apos a limitat tensiunea bateriei, rezultând o densitate de energie scăzută.
În 1967, Joseph Kummer și NeillWeber de la Ford Motor Company au descoperit că Na+ are proprietăți bune de difuzie în electroliții ceramici peste 300°C.Apoi au inventat o baterie reîncărcabilă Na-S: sodiu topit ca electrod negativ și sulf topit care conține benzi de carbon ca electrod pozitiv.Drept urmare, au inventat o baterie reîncărcabilă Na-S: sodiu topit ca electrod negativ, sulf topit care conține o bandă de carbon ca electrod pozitiv și o ceramică solidă ca electrolit.Cu toate acestea, temperatura de funcționare de 300°C a condamnat această baterie să fie imposibil de comercializat.
În 1986, Goodenough a realizat o baterie cu litiu reîncărcabilă cu stare solidă, fără generare de dendrite, folosind NASICON.În prezent, au fost comercializate baterii reîncărcabile cu litiu și sodiu cu stare solidă, bazate pe electroliți în stare solidă, cum ar fi NASICON.
În 2015, MariaHelena Braga de la Universitatea din Porto a demonstrat, de asemenea, un electrolit solid de oxid poros izolator cu conductivitate ionică de litiu și sodiu comparabilă cu electroliții organici utilizați în prezent în bateriile litiu-ion.
Pe scurt, indiferent de performanță, cost sau considerente de siguranță, bateriile reîncărcabile cu stare solidă sunt cea mai bună alegere pentru a înlocui energia fosilă și, în cele din urmă, să realizeze drumul către vehicule cu energie nouă!
Ora postării: 25-aug-2022