Neatkarīgi no veiktspējas, izmaksām vai drošības apsvērumiem, pilnībā uzlādējamās cietvielu baterijas ir labākā izvēle, lai aizstātu fosilo enerģiju un galu galā īstenotu ceļu uz jauniem enerģijas transportlīdzekļiem.
Kā katoda materiālu, piemēram, LiCoO2, LiMn2O4 un LiFePO4, izgudrotājs Goodenough ir labi pazīstamslitija jonu akumulatoriun patiesi ir "litija jonu akumulatoru tēvs".
Nesenā rakstā žurnālā NatureElectronics Džons B. Gudenafs, kuram ir 96 gadi, apskata uzlādējamā litija jonu akumulatora izgudrošanas vēsturi un parāda turpmāko virzību.
70. gados ASV izcēlās naftas krīze.Apzinoties savu pārmērīgo atkarību no naftas importa, valdība sāka lielas pūles, lai attīstītu saules un vēja enerģiju.Saules un vēja enerģijas neregulāra rakstura dēļ,uzlādējamās baterijasgalu galā bija nepieciešami, lai uzglabātu šos atjaunojamos un tīros enerģijas avotus.
Atgriezeniskas uzlādes un izlādes atslēga ir ķīmiskās reakcijas atgriezeniskums!
Tajā laikā lielākajā daļā neuzlādējamo akumulatoru tika izmantoti litija negatīvie elektrodi un organiskie elektrolīti.Lai panāktu uzlādējamas baterijas, visi sāka strādāt pie litija jonu atgriezeniskas iestrādāšanas slāņveida pārejas metālu sulfīda katodos.Stenlijs Vitingems no ExxonMobil atklāja, ka atgriezenisku uzlādi un izlādi var panākt, izmantojot interkalācijas ķīmiju, izmantojot slāņveida TiS2 kā katoda materiālu, un izlādes produkts ir LiTiS2.
Šī šūna, ko 1976. gadā izstrādāja Vitingema, sasniedza labu sākotnējo efektivitāti.Taču pēc vairākiem uzlādes un izlādes atkārtojumiem šūnas iekšpusē izveidojās litija dendriti, kas no negatīvā izauga uz pozitīvo elektrodu, radot īssavienojumu, kas varēja aizdedzināt elektrolītu.Šis mēģinājums atkal beidzās ar neveiksmi!
Tikmēr Goodenough, kurš pārcēlās uz Oksfordu, pētīja, cik daudz litija var maksimāli atdalīt no slāņveida LiCoO2 un LiNiO2 katoda materiāliem pirms struktūras maiņas.Galu galā viņi panāca atgriezenisku vairāk nekā puses litija atdalīšanu no katoda materiāla.
Šis pētījums galu galā vadīja Akira Yoshino no AsahiKasei, lai sagatavotu pirmouzlādējams litija jonu akumulators: LiCoO2 kā pozitīvais elektrods un grafīta ogleklis kā negatīvais elektrods.Šis akumulators tika veiksmīgi izmantots Sony senākajos mobilajos tālruņos.
Lai samazinātu izmaksas un uzlabotu drošību.Pilnībā cietais uzlādējams akumulators ar cietu elektrolītu, šķiet, ir svarīgs virziens turpmākai attīstībai.
Jau pagājušā gadsimta sešdesmitajos gados Eiropas ķīmiķi strādāja pie litija jonu atgriezeniskas iegulšanas slāņveida pārejas metālu sulfīda materiālos.Tajā laikā uzlādējamo bateriju standarta elektrolīti galvenokārt bija spēcīgi skābie un sārmainie ūdens elektrolīti, piemēram, H2SO4 vai KOH.Tā kā šajos ūdens elektrolītos H+ ir laba difūzija.
Tajā laikā visstabilākās uzlādējamās baterijas tika izgatavotas ar slāņainu NiOOH kā katoda materiālu un spēcīgu sārmainu ūdens elektrolītu kā elektrolītu.h+ var atgriezeniski iestrādāt slāņainajā NiOOH katodā, veidojot Ni (OH)2.problēma bija tāda, ka ūdens elektrolīts ierobežoja akumulatora spriegumu, kā rezultātā bija zems enerģijas blīvums.
1967. gadā Džozefs Kummers un NeillWeber no Ford Motor Company atklāja, ka Na+ piemīt labas difūzijas īpašības keramikas elektrolītos temperatūrā virs 300°C.Pēc tam viņi izgudroja Na-S uzlādējamu akumulatoru: izkausēts nātrijs kā negatīvais elektrods un izkausēta sēra saturošas oglekļa joslas kā pozitīvais elektrods.Rezultātā viņi izgudroja atkārtoti uzlādējamu Na-S akumulatoru: izkausētu nātriju kā negatīvo elektrodu, izkausētu sēru, kas satur oglekļa joslu kā pozitīvo elektrodu, un cietu keramiku kā elektrolītu.Tomēr 300°C darba temperatūra šo akumulatoru vairs nebija iespējams tirgot.
1986. gadā Goodenough, izmantojot NASICON, realizēja pilnībā uzlādējamu litija akumulatoru bez dendrīta ģenerēšanas.Pašlaik komercializē pilnībā cietvielu uzlādējamas litija un nātrija baterijas, kuru pamatā ir cietvielu elektrolīti, piemēram, NASICON.
2015. gadā MariaHelena Braga no Porto universitātes demonstrēja arī izolējošu porainu oksīda cieto elektrolītu ar litija un nātrija jonu vadītspēju, kas ir salīdzināma ar organiskajiem elektrolītiem, ko pašlaik izmanto litija jonu baterijās.
Īsāk sakot, neatkarīgi no veiktspējas, izmaksām vai drošības apsvērumiem, pilnībā uzlādējamās cietvielu baterijas ir labākā izvēle, lai aizstātu fosilo enerģiju un galu galā realizētu ceļu uz jauniem enerģijas transportlīdzekļiem!
Publicēšanas laiks: 25. augusts 2022