Без обзира на перформансе, трошкове или безбедност, потпуно полупроводничке пуњиве батерије су најбољи избор за замену фосилне енергије и на крају остварити пут ка возилима са новом енергијом.
Као проналазач катодних материјала као што су ЛиЦоО2, ЛиМн2О4 и ЛиФеПО4, Гооденоугх је добро познат у областилитијум-јонске батеријеи заиста је „отац литијум-јонских батерија“.
У недавном чланку у НатуреЕлецтроницс, Јохн Б. Гооденоугх, који има 96 година, даје преглед историје проналаска пуњиве литијум-јонске батерије и показује пут напред.
Седамдесетих година прошлог века у Сједињеним Државама је избила нафтна криза. Схватајући своју превелику зависност од увоза нафте, влада је започела велике напоре да развије соларну енергију и енергију ветра. Због повремене природе сунчеве и ветрове енергије,пуњиве батеријена крају су били потребни за складиштење ових обновљивих и чистих извора енергије.
Кључ реверзибилног пуњења и пражњења је реверзибилност хемијске реакције!
У то време, већина непуњивих батерија користила је литијум негативне електроде и органске електролите. Да би добили пуњиве батерије, сви су почели да раде на реверзибилном уграђивању литијум јона у слојевите сулфидне катоде прелазног метала. Стенли Витингем из ЕкконМобил-а открио је да се реверзибилно пуњење и пражњење може постићи интеркалационом хемијом коришћењем слојевитог ТиС2 као катодног материјала, при чему је производ пражњења ЛиТиС2.
Ова ћелија, коју је развио Витингем 1976. године, постигла је добру почетну ефикасност. Међутим, након неколико понављања пуњења и пражњења, унутар ћелије су се формирали литијумски дендрити, који су прерасли од негативне до позитивне електроде, стварајући кратак спој који би могао да запали електролит. Овај покушај се, опет, завршио неуспехом!
У међувремену, Гооденоугх, који се преселио у Оксфорд, истраживао је колико литијума највише може да се одвоји од слојевитих катодних материјала ЛиЦоО2 и ЛиНиО2 пре него што се структура промени. На крају су постигли реверзибилно уклањање више од половине литијума из катодног материјала.
Ово истраживање је на крају навело Акиру Јошина из АсахиКасеија да припреми првопуњива литијум-јонска батерија: ЛиЦоО2 као позитивна електрода и графитни угљеник као негативна електрода. Ова батерија је успешно коришћена у Сонијевим најранијим мобилним телефонима.
У циљу смањења трошкова и побољшања безбедности. Чини се да је потпуно чврста пуњива батерија са чврстим електролитом важан правац за будући развој.
Још 1960-их, европски хемичари су радили на реверзибилном уграђивању литијум јона у слојеве сулфидних материјала прелазног метала. У то време, стандардни електролити за пуњиве батерије су углавном били јаки кисели и алкални водени електролити као што су Х2СО4 или КОХ. Јер, у овим воденим електролитима, Х+ има добру дифузију.
У то време, најстабилније пуњиве батерије су направљене са слојевитим НиООХ као катодним материјалом и јаким алкалним воденим електролитом као електролитом. х+ може бити реверзибилно уграђен у слојевиту НиООХ катоду да би се формирао Ни(ОХ)2. проблем је био у томе што је водени електролит ограничавао напон батерије, што је резултирало ниском густином енергије.
Године 1967. Џозеф Кумер и Нил Вебер из компаније Форд Мотор открили су да На+ има добра дифузиона својства у керамичким електролитима изнад 300°Ц. Затим су измислили На-С пуњиву батерију: растопљени натријум као негативну електроду и растопљени сумпор који садржи угљеник као позитивну електроду. Као резултат тога, изумели су На-С пуњиву батерију: растопљени натријум као негативна електрода, растопљени сумпор који садржи угљеничну траку као позитивну електроду и чврсту керамику као електролит. Међутим, радна температура од 300°Ц осудила је ову батерију на немогућност комерцијализације.
Године 1986. Гооденоугх је реализовао потпуно пуњиву литијумску батерију без стварања дендрита користећи НАСИЦОН. Тренутно су комерцијализоване потпуно пуњиве литијумске и натријумске батерије засноване на чврстим електролитима као што је НАСИЦОН.
У 2015. години, МариаХелена Брага са Универзитета у Порту је такође демонстрирала изолациони чврсти електролит од порозног оксида са проводљивошћу литијум и натријум јона која је упоредива са органским електролитима који се тренутно користе у литијум-јонским батеријама.
Укратко, без обзира на перформансе, трошкове или безбедност, потпуно полупроводничке пуњиве батерије су најбољи избор за замену фосилне енергије и на крају остварити пут ка новим енергетским возилима!
Време поста: 25.08.2022