صرف نظر از عملکرد، هزینه یا ملاحظات ایمنی، باتری های قابل شارژ تمام حالت جامد بهترین انتخاب برای جایگزینی انرژی فسیلی و در نهایت تحقق جاده به سمت وسایل نقلیه با انرژی جدید هستند.
به عنوان مخترع مواد کاتدی مانند LiCoO2، LiMn2O4 و LiFePO4، Goodenough در زمینهباتری های لیتیوم یونیو واقعا "پدر باتری های لیتیوم یونی" است.
در مقاله‌ای که اخیراً در NatureElectronics منتشر شده است، جان بی گودناف، که 96 سال سن دارد، تاریخچه اختراع باتری لیتیوم یون قابل شارژ را مرور می‌کند و راه رو به جلو را نشان می‌دهد.
در دهه 1970، یک بحران نفتی در ایالات متحده آغاز شد. دولت با درک وابستگی بیش از حد خود به واردات نفت، تلاش زیادی را برای توسعه انرژی خورشیدی و بادی آغاز کرد. با توجه به ماهیت متناوب انرژی خورشیدی و باد،باتری های قابل شارژدر نهایت برای ذخیره این منابع انرژی تجدید پذیر و پاک مورد نیاز بود.
کلید شارژ و دشارژ برگشت پذیر برگشت پذیری واکنش شیمیایی است!
در آن زمان، بیشتر باتری های غیرقابل شارژ از الکترودهای لیتیوم منفی و الکترولیت های آلی استفاده می کردند. به منظور دستیابی به باتری های قابل شارژ، همه شروع به کار بر روی تعبیه برگشت پذیر یون های لیتیوم در کاتدهای سولفید فلزات واسطه لایه ای کردند. استنلی ویتینگهام از ExxonMobil کشف کرد که شارژ و دشارژ برگشت‌پذیر را می‌توان با استفاده از لایه‌ای TiS2 به عنوان ماده کاتد، با محصول تخلیه LiTiS2 به دست آورد.
این سلول که توسط ویتینگهام در سال 1976 ساخته شد، کارایی اولیه خوبی داشت. با این حال، پس از چندین بار تکرار شارژ و تخلیه، دندریت های لیتیومی در داخل سلول تشکیل شدند که از الکترود منفی به مثبت رشد کردند و یک اتصال کوتاه ایجاد کردند که می توانست الکترولیت را مشتعل کند. این تلاش، باز هم با شکست تمام شد!
در همین حال، گودیناف که به آکسفورد نقل مکان کرد، در حال بررسی بود که قبل از تغییر ساختار، حداکثر چه مقدار لیتیوم را می توان از مواد کاتد لایه ای LiCoO2 و LiNiO2 جدا کرد. در پایان، آنها به جاسازی برگشت پذیر بیش از نیمی از لیتیوم از مواد کاتد دست یافتند.
این تحقیق در نهایت آکیرا یوشینو از AsahiKasei را راهنمایی کرد تا اولین مورد را آماده کندباتری لیتیوم یون قابل شارژ: LiCoO2 به عنوان الکترود مثبت و کربن گرافیتی به عنوان الکترود منفی. این باتری با موفقیت در اولین تلفن های همراه سونی استفاده شد.
به منظور کاهش هزینه و بهبود ایمنی. به نظر می رسد باتری قابل شارژ تمام جامد با الکترولیت جامد یک جهت مهم برای توسعه آینده باشد.
در اوایل دهه 1960، شیمیدانان اروپایی روی جاسازی برگشت پذیر یون های لیتیوم در مواد سولفید فلز واسطه لایه ای کار کردند. در آن زمان، الکترولیت های استاندارد برای باتری های قابل شارژ عمدتاً الکترولیت های آبی قوی اسیدی و قلیایی مانند H2SO4 یا KOH بودند. زیرا در این الکترولیت های آبی، H+ دارای نفوذ خوبی است.
در آن زمان، پایدارترین باتری های قابل شارژ با لایه لایه NiOOH به عنوان ماده کاتد و یک الکترولیت آبی قلیایی قوی به عنوان الکترولیت ساخته می شدند. h+ می تواند به صورت برگشت پذیر در کاتد NiOOH لایه ای جاسازی شود تا Ni(OH)2 را تشکیل دهد. مشکل این بود که الکترولیت آبی ولتاژ باتری را محدود می کرد و در نتیجه چگالی انرژی پایینی ایجاد می کرد.
در سال 1967، جوزف کومر و نیل وبر از شرکت خودروسازی فورد کشف کردند که Na+ دارای خواص انتشار خوبی در الکترولیت های سرامیکی بالای 300 درجه سانتیگراد است. سپس یک باتری قابل شارژ Na-S اختراع کردند: سدیم مذاب به عنوان الکترود منفی و گوگرد مذاب حاوی نوارهای کربنی به عنوان الکترود مثبت. در نتیجه، آنها یک باتری قابل شارژ Na-S اختراع کردند: سدیم مذاب به عنوان الکترود منفی، گوگرد مذاب حاوی نوار کربن به عنوان الکترود مثبت، و یک سرامیک جامد به عنوان الکترولیت. با این حال، دمای عملیاتی 300 درجه سانتیگراد، این باتری را محکوم به تجاری سازی غیرممکن کرد.
در سال 1986، Goodenough یک باتری لیتیومی قابل شارژ کاملاً جامد بدون تولید دندریت با استفاده از NASICON ساخت. در حال حاضر، باتری‌های لیتیومی و سدیمی قابل شارژ کاملاً جامد مبتنی بر الکترولیت‌های حالت جامد مانند NASICON تجاری شده‌اند.
در سال 2015، ماریا هلنا براگا از دانشگاه پورتو همچنین یک الکترولیت جامد اکسید متخلخل عایق با رسانایی یون لیتیوم و سدیم را نشان داد که با الکترولیت‌های آلی که در حال حاضر در باتری‌های لیتیوم یون استفاده می‌شود، قابل مقایسه است.
به طور خلاصه، صرف نظر از عملکرد، هزینه یا ملاحظات ایمنی، باتری های قابل شارژ تمام حالت جامد بهترین انتخاب برای جایگزینی انرژی فسیلی و در نهایت تحقق جاده به سمت وسایل نقلیه با انرژی جدید هستند!
زمان ارسال: اوت-25-2022