Anuman ang pagganap, gastos o pagsasaalang-alang sa kaligtasan, ang mga all-solid-state na rechargeable na baterya ay ang pinakamahusay na pagpipilian upang palitan ang fossil energy at kalaunan ay mapagtanto ang daan patungo sa mga bagong sasakyang pang-enerhiya.
Bilang imbentor ng mga materyales ng cathode tulad ng LiCoO2, LiMn2O4 at LiFePO4, kilala ang Goodenough sa larangan ngmga baterya ng lithium-ionat tunay na "ama ng mga baterya ng lithium-ion".
Sa isang kamakailang artikulo sa NatureElectronics, nirepaso ni John B. Goodenough, na 96 taong gulang, ang kasaysayan ng pag-imbento ng rechargeable na baterya ng lithium-ion at ipinapakita ang daan pasulong.
Noong 1970s, isang krisis sa langis ang sumiklab sa Estados Unidos.Napagtatanto ang labis na pag-asa sa pag-import ng langis, sinimulan ng pamahalaan ang isang malaking pagsisikap na bumuo ng solar at wind energy.Dahil sa pasulput-sulpot na kalikasan ng solar at wind energy,mga rechargeable na bateryasa kalaunan ay kailangan upang maimbak ang mga nababagong at malinis na pinagkukunan ng enerhiya.
Ang susi sa reversible charging at discharging ay ang reversibility ng chemical reaction!
Noong panahong iyon, karamihan sa mga hindi rechargeable na baterya ay gumagamit ng lithium negative electrodes at organic electrolytes.Upang makamit ang mga rechargeable na baterya, lahat ay nagsimulang magtrabaho sa reversible embedding ng mga lithium ions sa mga layered transition metal sulfide cathode.Natuklasan ni Stanley Whittingham ng ExxonMobil na ang reversible charging at discharging ay maaaring makamit sa pamamagitan ng intercalation chemistry gamit ang layered TiS2 bilang cathode material, na ang discharge product ay LiTiS2.
Ang cell na ito, na binuo ni Whittingham noong 1976, ay nakamit ang mahusay na paunang kahusayan.Gayunpaman, pagkatapos ng ilang pag-uulit ng pag-charge at pag-discharge, nabuo ang mga lithium dendrite sa loob ng cell, na lumago mula sa negatibo patungo sa positibong elektrod, na lumilikha ng isang maikling circuit na maaaring mag-apoy sa electrolyte.Ang pagtatangkang ito, muli, ay nauwi sa kabiguan!
Samantala, si Goodenough, na lumipat sa Oxford, ay nag-iimbestiga kung gaano karaming lithium ang maaaring ma-de-embed mula sa mga layered na LiCoO2 at LiNiO2 cathode na materyales bago nagbago ang istraktura.Sa huli, nakamit nila ang reversible de-embedding ng higit sa kalahati ng lithium mula sa cathode material.
Ang pananaliksik na ito sa kalaunan ay gumabay kay Akira Yoshino ng AsahiKasei na ihanda ang unarechargeable na baterya ng lithium-ion: LiCoO2 bilang positibong elektrod at graphitic carbon bilang negatibong elektrod.Matagumpay na nagamit ang bateryang ito sa pinakaunang mga cell phone ng Sony.
Upang mabawasan ang gastos at mapabuti ang kaligtasan.Ang all-solid na rechargeable na baterya na may solid bilang electrolyte ay tila isang mahalagang direksyon para sa pag-unlad sa hinaharap.
Noong unang bahagi ng 1960s, ang mga European chemist ay nagtrabaho sa nababaligtad na pag-embed ng mga lithium ions sa mga layered transition metal sulfide na materyales.Noong panahong iyon, ang mga karaniwang electrolyte para sa mga rechargeable na baterya ay higit sa lahat ay malakas na acidic at alkaline aqueous electrolytes tulad ng H2SO4 o KOH.Dahil, sa mga may tubig na electrolyte na ito, ang H+ ay may magandang diffusivity.
Sa oras na iyon, ang pinaka-matatag na rechargeable na baterya ay ginawa gamit ang layered NiOOH bilang cathode material at isang malakas na alkaline aqueous electrolyte bilang electrolyte.Ang h+ ay maaaring baligtarin na naka-embed sa layered NiOOH cathode upang mabuo ang Ni(OH)2.ang problema ay ang aqueous electrolyte ay nilimitahan ang boltahe ng baterya, na nagreresulta sa isang mababang density ng enerhiya.
Noong 1967, natuklasan nina Joseph Kummer at NeillWeber ng Ford Motor Company na ang Na+ ay may magandang diffusion properties sa ceramic electrolytes sa itaas ng 300°C.Pagkatapos ay nag-imbento sila ng Na-S na rechargeable na baterya: molten sodium bilang negatibong elektrod at molten sulfur na naglalaman ng mga carbon band bilang positibong elektrod.Bilang resulta, nag-imbento sila ng Na-S rechargeable na baterya: molten sodium bilang negative electrode, molten sulfur na naglalaman ng carbon band bilang positive electrode, at solid ceramic bilang electrolyte.Gayunpaman, ang operating temperature na 300°C ay napahamak na ang bateryang ito ay imposibleng i-komersyal.
Noong 1986, natanto ni Goodenough ang isang all-solid-state na rechargeable na baterya ng lithium na walang dendrite generation gamit ang NASICON.Sa kasalukuyan, ang all-solid-state rechargeable lithium at sodium na mga baterya batay sa solid-state electrolytes gaya ng NASICON ay na-komersyal na.
Noong 2015, nagpakita rin si MariaHelena Braga ng University of Porto ng isang insulating porous oxide solid electrolyte na may lithium at sodium ion conductivity na maihahambing sa mga organic na electrolyte na kasalukuyang ginagamit sa mga baterya ng lithium-ion.
Sa madaling salita, anuman ang pagganap, gastos o mga pagsasaalang-alang sa kaligtasan, ang mga all-solid-state na rechargeable na baterya ay ang pinakamahusay na pagpipilian upang palitan ang fossil energy at kalaunan ay mapagtanto ang daan patungo sa mga bagong sasakyang pang-enerhiya!
Oras ng post: Ago-25-2022