Függetlenül a teljesítménytől, a költségektől vagy a biztonsági megfontolásoktól, a teljesen szilárdtest-akkumulátorok a legjobb választás a fosszilis energia helyettesítésére, és végül az új energiahordozó járművek felé vezető úton.
A katódanyagok, például a LiCoO2, LiMn2O4 és LiFePO4 feltalálójaként Goodenough jól ismert alítium-ion akkumulátorokés valóban a "lítium-ion akkumulátorok atyja".
A NatureElectronics nemrég megjelent cikkében a 96 éves John B. Goodenough áttekinti az újratölthető lítium-ion akkumulátor feltalálásának történetét, és megmutatja a továbbhaladó utat.
Az 1970-es években olajválság tört ki az Egyesült Államokban.Felismerve az olajimporttól való túlzott függőségét, a kormány komoly erőfeszítéseket kezdett a nap- és szélenergia fejlesztésére.A nap- és szélenergia időszakos jellege miattujratölthető elemekvégül szükség volt e megújuló és tiszta energiaforrások tárolására.
A reverzibilis töltés és kisütés kulcsa a kémiai reakció visszafordíthatósága!
Abban az időben a legtöbb nem újratölthető akkumulátor lítium negatív elektródákat és szerves elektrolitokat használt.Az újratölthető akkumulátorok elérése érdekében mindenki elkezdte a lítium-ionok reverzibilis beágyazását réteges átmenetifém-szulfid katódokba.Stanley Whittingham, az ExxonMobiltól felfedezte, hogy a reverzibilis töltés és kisütés megvalósítható interkalációs kémiával, réteges TiS2-t használva katódanyagként, és a kisülési termék LiTiS2.
Ez a Whittingham által 1976-ban kifejlesztett cella jó kezdeti hatékonyságot ért el.A töltés és kisütés többszöri ismétlése után azonban a cellában lítium-dendritek keletkeztek, amelyek a negatívból a pozitív elektródává nőttek, és rövidzárlatot hoztak létre, amely meggyújthatja az elektrolitot.Ez a próbálkozás ismét kudarccal végződött!
Eközben Goodenough, aki Oxfordba költözött, azt vizsgálta, hogy a szerkezetváltás előtt mennyi lítiumot lehet legfeljebb eltávolítani a réteges LiCoO2 és LiNiO2 katódanyagokból.Végül a lítium több mint felének reverzibilis eltávolítását érték el a katód anyagából.
Ez a kutatás végül vezérelte Akira Yoshinót (AsahiKasei) az első elkészítéséhezújratölthető lítium-ion akkumulátor: LiCoO2 mint pozitív elektród és grafitos szén mint negatív elektród.Ezt az akkumulátort sikeresen használták a Sony legkorábbi mobiltelefonjaiban.
A költségek csökkentése és a biztonság növelése érdekében.A teljesen szilárd újratölthető akkumulátor szilárd elektrolittal a jövőbeli fejlesztés fontos irányának tűnik.
Az európai vegyészek már az 1960-as években a lítium-ionok réteges átmenetifém-szulfid anyagokba való reverzibilis beágyazásával foglalkoztak.Abban az időben az újratölthető akkumulátorok szabványos elektrolitjai főként erős savas és lúgos vizes elektrolitok voltak, például H2SO4 vagy KOH.Mert ezekben a vizes elektrolitokban a H+ jó diffúzióval rendelkezik.
Abban az időben a legstabilabb újratölthető akkumulátorok katódanyagként rétegelt NiOOH-t, elektrolitként pedig erős lúgos vizes elektrolitot használtak.h+ reverzibilisen beágyazható a réteges NiOOH katódba, így Ni(OH)2 keletkezik.a probléma az volt, hogy a vizes elektrolit korlátozta az akkumulátor feszültségét, ami alacsony energiasűrűséget eredményezett.
1967-ben Joseph Kummer és NeillWeber, a Ford Motor Company munkatársa felfedezte, hogy a Na+ jó diffúziós tulajdonságokkal rendelkezik a kerámia elektrolitokban 300°C felett.Ezután feltaláltak egy Na-S újratölthető akkumulátort: negatív elektródként olvadt nátriumot, pozitív elektródként pedig olvadt kéntartalmú szénsávokat.Ennek eredményeként feltaláltak egy Na-S újratölthető akkumulátort: negatív elektródként olvadt nátriumot, pozitív elektródként szénsávot tartalmazó olvadt ként, elektrolitként pedig szilárd kerámiát.A 300°C-os üzemi hőmérséklet azonban lehetetlenné tette az akkumulátor kereskedelmi forgalomba hozatalát.
1986-ban a Goodenough a NASICON segítségével megvalósított egy teljesen szilárdtest- újratölthető lítium akkumulátort dendritképződés nélkül.Jelenleg a szilárdtest elektrolitokon, például a NASICON-on alapuló, teljesen szilárdtesttel tölthető lítium- és nátrium-akkumulátorok kerültek kereskedelmi forgalomba.
2015-ben MariaHelena Braga, a Portói Egyetem munkatársa egy szigetelő porózus oxid szilárd elektrolitot is bemutatott, amelynek lítium- és nátriumionos vezetőképessége hasonló a lítium-ion akkumulátorokban jelenleg használt szerves elektrolitokhoz.
Röviden, függetlenül a teljesítménytől, a költségektől vagy a biztonsági megfontolásoktól, a szilárdtest újratölthető akkumulátorok a legjobb választás a fosszilis energia helyettesítésére, és végül az új energiahordozó járművek felé vezető úton!
Feladás időpontja: 2022. augusztus 25