Незалежна ад прадукцыйнасці, кошту і бяспекі, цалкам цвёрдацельныя акумулятарныя батарэі з'яўляюцца лепшым выбарам для замены выкапнёвай энергіі і ў канчатковым выніку рэалізацыі шляху да новых транспартных сродкаў энергіі.
Як вынаходнік катодных матэрыялаў, такіх як LiCoO2, LiMn2O4 і LiFePO4, Гудэнаф добра вядомы ў галінелітый-іённыя батарэіі сапраўды з'яўляецца "бацькам літый-іённых батарэй".
У нядаўнім артыкуле ў NatureElectronics Джон Б. Гудэнаф, якому 96 гадоў, разглядае гісторыю вынаходкі літый-іённай акумулятарнай батарэі і паказвае шлях наперад.
У 1970-я гады ў ЗША выбухнуў нафтавы крызіс. Разумеючы сваю празмерную залежнасць ад імпарту нафты, урад распачаў вялікія намаганні па развіцці сонечнай і ветравой энергіі. З-за перарывістага характару сонечнай і ветравой энергіі,акумулятарныя батарэіу рэшце рэшт спатрэбіліся для захоўвання гэтых аднаўляльных і чыстых крыніц энергіі.
Ключ да зварачальнай зарадкі і разрадкі - гэта зварачальнасць хімічнай рэакцыі!
У той час у большасці неакумулятарных батарэй выкарыстоўваліся літыевыя адмоўныя электроды і арганічныя электраліты. Каб стварыць акумулятарныя батарэі, усе пачалі працаваць над зварачальным убудаваннем іёнаў літыя ў слаістыя сульфідныя катоды пераходных металаў. Стэнлі Уітынгем з ExxonMobil выявіў, што зварачальная зарадка і разрадка могуць быць дасягнуты з дапамогай інтэркаляцыйнай хіміі з выкарыстаннем слаістага TiS2 у якасці матэрыялу катода, а прадуктам разраду з'яўляецца LiTiS2.
Гэтая клетка, распрацаваная Whittingham ў 1976 годзе, дасягнула добрай першапачатковай эфектыўнасці. Аднак пасля некалькіх паўтораў зарадкі і разрадкі ўнутры элемента ўтварыліся дендрыты літыя, якія выраслі ад адмоўнага да станоўчага электрода, ствараючы кароткае замыканне, якое магло запаліць электраліт. Гэтая спроба, зноў жа, скончылася няўдачай!
У той жа час Гудэнаф, які пераехаў у Оксфард, даследаваў, колькі літыя можа быць выдалена са слаістай LiCoO2 і LiNiO2 катодных матэрыялаў да змены структуры. У рэшце рэшт, яны дасягнулі зварачальнага выдалення больш чым паловы літыя з матэрыялу катода.
Гэта даследаванне ў канчатковым выніку падштурхнула Акіру Ёсіна з AsahiKasei да падрыхтоўкі першагаакумулятарная літый-іённая батарэя: LiCoO2 у якасці станоўчага электрода і графітавага вугляроду ў якасці адмоўнага электрода. Гэты акумулятар паспяхова выкарыстоўваўся ў самых ранніх сотавых тэлефонах Sony.
Для таго, каб знізіць кошт і павысіць бяспеку. Суцэльнацвёрдая акумулятарная батарэя з цвёрдым электралітам здаецца важным кірункам будучага развіцця.
Ужо ў 1960-х гадах еўрапейскія хімікі працавалі над зварачальным убудаваннем іёнаў літыя ў слаістыя сульфідныя матэрыялы пераходных металаў. У той час стандартнымі электралітамі для акумулятарных батарэй былі ў асноўным моцныя кіслотныя і шчолачныя водныя электраліты, такія як H2SO4 або KOH. Таму што ў гэтых водных электралітах H+ мае добрую дыфузію.
У той час найбольш стабільныя акумулятарныя батарэі вырабляліся са слаістай NiOOH у якасці матэрыялу катода і моцным шчолачным водным электралітам у якасці электраліта. h+ можа быць зварачальна ўбудаваны ў слаісты катод NiOOH з адукацыяй Ni(OH)2. праблема заключалася ў тым, што водны электраліт абмяжоўваў напружанне батарэі, што прывяло да нізкай шчыльнасці энергіі.
У 1967 г. Джозэф Кумер і НілВэбер з Ford Motor Company выявілі, што Na+ валодае добрымі дыфузійнымі ўласцівасцямі ў керамічных электралітах пры тэмпературы вышэй за 300°C. Затым яны вынайшлі Na-S акумулятарную батарэю: расплаўлены натрый у якасці адмоўнага электрода і расплаўленая сера, якая змяшчае вугляродныя паласы ў якасці станоўчага электрода. У выніку яны вынайшлі Na-S акумулятарную батарэю: расплаўлены натрый у якасці адмоўнага электрода, расплаўленая сера, якая змяшчае вугляродную паласу, у якасці станоўчага электрода і цвёрдая кераміка ў якасці электраліта. Аднак працоўная тэмпература ў 300°C прывяла да таго, што гэты акумулятар немагчыма камерцыялізаваць.
У 1986 годзе Goodenough рэалізаваў цалкам цвёрдацельную літыевую акумулятарную батарэю без генерацыі дендрытаў з дапамогай NASICON. У цяперашні час цалкам цвёрдацельныя акумулятарныя літыевыя і натрыевыя батарэі на аснове цвёрдацельных электралітаў, такіх як NASICON, камерцыялізуюцца.
У 2015 г. МарыяХелена Брага з Універсітэта Порту таксама прадэманстравала ізаляцыйны поры аксідны цвёрды электраліт з праводнасцю іёнаў літыя і натрыю, параўнальную з арганічнымі электралітамі, якія ў цяперашні час выкарыстоўваюцца ў літый-іённых батарэях.
Карацей кажучы, незалежна ад прадукцыйнасці, кошту і бяспекі, цалкам цвёрдацельныя акумулятарныя батарэі з'яўляюцца лепшым выбарам для замены выкапнёвай энергіі і ў канчатковым выніку рэалізацыі шляху да новых транспартных сродкаў энергіі!
Час публікацыі: 25 жніўня 2022 г