Bez ohľadu na výkon, náklady alebo bezpečnostné hľadiská sú polovodičové dobíjacie batérie tou najlepšou voľbou, ako nahradiť fosílnu energiu a prípadne realizovať cestu k novým energetickým vozidlám.
Ako vynálezca katódových materiálov, ako sú LiCoO2, LiMn2O4 a LiFePO4, je Goodenough dobre známy v oblastilítium-iónové batériea je skutočne „otcom lítium-iónových batérií“.
John B. Goodenough, ktorý má 96 rokov, v nedávnom článku v NatureElectronics skúma históriu vynálezu dobíjateľnej lítium-iónovej batérie a ukazuje cestu vpred.
V 70. rokoch minulého storočia vypukla v USA ropná kríza.Uvedomujúc si svoju prílišnú závislosť od dovozu ropy, začala vláda veľké úsilie o rozvoj solárnej a veternej energie.Vzhľadom na prerušovanú povahu slnečnej a veternej energie,nabíjateľné batérieboli nakoniec potrebné na uskladnenie týchto obnoviteľných a čistých zdrojov energie.
Kľúčom k reverzibilnému nabíjaniu a vybíjaniu je reverzibilita chemickej reakcie!
V tom čase väčšina nenabíjateľných batérií používala lítiové záporné elektródy a organické elektrolyty.Aby sa dosiahli dobíjateľné batérie, všetci začali pracovať na reverzibilnom zabudovaní lítiových iónov do vrstvených sulfidových katód prechodných kovov.Stanley Whittingham z ExxonMobil zistil, že reverzibilné nabíjanie a vybíjanie je možné dosiahnuť interkalačným chemickým postupom s použitím vrstveného TiS2 ako katódového materiálu, pričom produktom výboja je LiTiS2.
Tento článok, vyvinutý Whittinghamom v roku 1976, dosiahol dobrú počiatočnú účinnosť.Po niekoľkých opakovaniach nabíjania a vybíjania sa však vo vnútri článku vytvorili dendrity lítia, ktoré prerástli z negatívnej na pozitívnu elektródu a vytvorili skrat, ktorý by mohol zapáliť elektrolyt.Tento pokus opäť skončil neúspechom!
Goodenough, ktorý sa presťahoval do Oxfordu, medzitým skúmal, koľko lítia by sa dalo nanajvýš oddeliť z vrstvených katódových materiálov LiCoO2 a LiNiO2 pred zmenou štruktúry.Nakoniec dosiahli reverzibilné odstránenie viac ako polovice lítia z katódového materiálu.
Tento výskum nakoniec viedol Akiru Yoshina z AsahiKasei k príprave prvéhonabíjateľná lítium-iónová batéria: LiCoO2 ako kladná elektróda a grafitický uhlík ako záporná elektróda.Táto batéria bola úspešne použitá v prvých mobilných telefónoch Sony.
S cieľom znížiť náklady a zvýšiť bezpečnosť.Celopevná nabíjateľná batéria s pevným elektrolytom sa zdá byť dôležitým smerom budúceho vývoja.
Už v 60. rokoch 20. storočia európski chemici pracovali na reverzibilnom zabudovaní lítiových iónov do vrstvených materiálov sulfidov prechodných kovov.V tom čase boli štandardnými elektrolytmi pre dobíjacie batérie hlavne silné kyslé a alkalické vodné elektrolyty ako H2SO4 alebo KOH.Pretože v týchto vodných elektrolytoch má H+ dobrú difuzivitu.
V tom čase boli najstabilnejšie nabíjateľné batérie vyrobené s vrstveným NiOOH ako katódovým materiálom a silným alkalickým vodným elektrolytom ako elektrolytom.h+ mohol byť reverzibilne zabudovaný do vrstvenej katódy NiOOH za vzniku Ni(OH)2.problém bol v tom, že vodný elektrolyt obmedzoval napätie batérie, čo malo za následok nízku hustotu energie.
V roku 1967 Joseph Kummer a Neill Weber z Ford Motor Company zistili, že Na+ má dobré difúzne vlastnosti v keramických elektrolytoch nad 300 °C.Potom vynašli nabíjateľnú batériu Na-S: roztavený sodík ako negatívna elektróda a roztavené uhlíkové pásy obsahujúce síru ako pozitívna elektróda.Výsledkom bolo, že vynašli nabíjateľnú batériu Na-S: roztavený sodík ako negatívna elektróda, roztavená síra obsahujúca uhlíkový pás ako pozitívna elektróda a pevná keramika ako elektrolyt.Prevádzková teplota 300 °C však odsúdila túto batériu na nemožnosť komercializácie.
V roku 1986 spoločnosť Goodenough realizovala plne polovodičovú nabíjateľnú lítiovú batériu bez generovania dendritov pomocou NASICON.V súčasnosti sú komercializované plne pevné dobíjacie lítiové a sodíkové batérie na báze elektrolytov v pevnom stave, ako je NASICON.
V roku 2015 MariaHelena Braga z Univerzity v Porte tiež demonštrovala izolačný porézny oxidový pevný elektrolyt s vodivosťou lítiových a sodných iónov porovnateľnou s organickými elektrolytmi, ktoré sa v súčasnosti používajú v lítium-iónových batériách.
Stručne povedané, bez ohľadu na výkon, náklady alebo bezpečnostné hľadiská, polovodičové dobíjacie batérie sú najlepšou voľbou, ako nahradiť fosílnu energiu a nakoniec realizovať cestu k novým energetickým vozidlám!
Čas odoslania: 25. augusta 2022