Nepriklausomai nuo našumo, sąnaudų ar saugos sumetimų, kietojo kūno įkraunamos baterijos yra geriausias pasirinkimas pakeisti iškastinę energiją ir galiausiai pasiekti naujų energiją naudojančių transporto priemonių.
Kaip katodinių medžiagų, tokių kaip LiCoO2, LiMn2O4 ir LiFePO4, išradėjas Goodenough yra gerai žinomasličio jonų baterijosir tikrai yra „ličio jonų baterijų tėvas“.
96 metų amžiaus Johnas B. Goodenough neseniai paskelbtame straipsnyje „NatureElectronics“ apžvelgia įkraunamos ličio jonų baterijos išradimo istoriją ir parodo kelią į priekį.
Aštuntajame dešimtmetyje JAV kilo naftos krizė.Suvokdama savo per didelę priklausomybę nuo naftos importo, vyriausybė pradėjo dideles pastangas plėtoti saulės ir vėjo energiją.Dėl saulės ir vėjo energijos pertrūkių pobūdžio,įkraunamos baterijosgaliausiai prireikė šių atsinaujinančių ir švarių energijos šaltinių saugojimui.
Grįžtamo įkrovimo ir iškrovimo raktas yra cheminės reakcijos grįžtamumas!
Tuo metu daugumoje neįkraunamų baterijų buvo naudojami neigiami ličio elektrodai ir organiniai elektrolitai.Siekdami sukurti įkraunamas baterijas, visi pradėjo dirbti su reversiniu ličio jonų įterpimu į sluoksniuotus pereinamojo metalo sulfido katodus.Stanley Whittinghamas iš „ExxonMobil“ atrado, kad grįžtamąjį įkrovimą ir iškrovimą galima pasiekti naudojant interkaliacinę chemiją, naudojant sluoksniuotą TiS2 kaip katodo medžiagą, o iškrovos produktas yra LiTiS2.
Ši ląstelė, kurią 1976 m. sukūrė Whittingham, pasiekė gerą pradinį efektyvumą.Tačiau po kelių įkrovimo ir iškrovimo pakartojimų ląstelės viduje susidarė ličio dendritai, kurie iš neigiamo išaugo į teigiamą elektrodą, sukurdami trumpąjį jungimą, galintį uždegti elektrolitą.Šis bandymas vėlgi baigėsi nesėkme!
Tuo tarpu Goodenoughas, persikėlęs į Oksfordą, tyrė, kiek ličio galima daugiausia pašalinti iš sluoksniuotų LiCoO2 ir LiNiO2 katodinių medžiagų prieš pasikeitus struktūrai.Galų gale jie pasiekė grįžtamą daugiau nei pusės ličio pašalinimą iš katodo medžiagos.
Šis tyrimas galiausiai paskatino Akira Yoshino iš AsahiKasei parengti pirmąjįįkraunama ličio jonų baterija: LiCoO2 kaip teigiamas elektrodas ir grafitinė anglis kaip neigiamas elektrodas.Ši baterija buvo sėkmingai naudojama seniausiuose „Sony“ mobiliuosiuose telefonuose.
Siekiant sumažinti išlaidas ir pagerinti saugumą.Visiškai kieta įkraunama baterija su kietu elektrolitu, atrodo, yra svarbi ateities plėtros kryptis.
Jau septintajame dešimtmetyje Europos chemikai dirbo grįžtamuoju ličio jonų įterpimu į sluoksniuotąsias pereinamojo metalo sulfidines medžiagas.Tuo metu standartiniai įkraunamų baterijų elektrolitai daugiausia buvo stiprūs rūgštiniai ir šarminiai vandeniniai elektrolitai, tokie kaip H2SO4 arba KOH.Kadangi šiuose vandeniniuose elektrolituose H+ turi gerą difuziją.
Tuo metu stabiliausios įkraunamos baterijos buvo gaminamos naudojant sluoksninį NiOOH kaip katodo medžiagą ir stiprų šarminį vandeninį elektrolitą kaip elektrolitą.h + gali būti grįžtamai įterptas į sluoksniuotą NiOOH katodą, kad susidarytų Ni (OH) 2.problema buvo ta, kad vandeninis elektrolitas apribojo akumuliatoriaus įtampą, todėl energijos tankis buvo mažas.
1967 m. Josephas Kummeris ir NeillWeberis iš Ford Motor Company atrado, kad Na+ turi geras difuzijos savybes keraminiuose elektrolituose, kurių temperatūra viršija 300°C.Tada jie išrado Na-S įkraunamą bateriją: išlydytas natris kaip neigiamas elektrodas ir išlydyta siera turinčios anglies juostos kaip teigiamas elektrodas.Dėl to jie išrado įkraunamą Na-S bateriją: išlydytas natris kaip neigiamas elektrodas, išlydyta siera su anglies juosta kaip teigiamas elektrodas ir kieta keramika kaip elektrolitas.Tačiau 300°C darbinė temperatūra pasmerkė šio akumuliatoriaus komercializuoti neįmanoma.
1986 m. Goodenough sukūrė visiškai kietojo kūno įkraunamą ličio bateriją be dendrito generavimo naudojant NASICON.Šiuo metu parduodamos visiškai kietojo kūno įkraunamos ličio ir natrio baterijos, kurių pagrindą sudaro kietojo kūno elektrolitai, pvz., NASICON.
2015 m. MariaHelena Braga iš Porto universiteto taip pat pademonstravo izoliacinį porėtą oksidinį kietąjį elektrolitą, kurio ličio ir natrio jonų laidumas yra panašus į šiuo metu ličio jonų akumuliatoriuose naudojamus organinius elektrolitus.
Trumpai tariant, nepaisant našumo, sąnaudų ar saugos sumetimų, kietojo kūno įkraunamos baterijos yra geriausias pasirinkimas pakeisti iškastinę energiją ir galiausiai pasiekti naujų energiją naudojančių transporto priemonių!
Paskelbimo laikas: 2022-08-25