Suorituskyvystä, kustannuksista tai turvallisuusnäkökohdista riippumatta täysin ladattavat solid-state-akut ovat paras valinta korvaamaan fossiilista energiaa ja lopulta toteuttamaan tie uusiin energiaajoneuvoihin.
Katodimateriaalien, kuten LiCoO2, LiMn2O4 ja LiFePO4, keksijänä Goodenough tunnetaan hyvinlitiumioniakutja on todella "litiumioniakkujen isä".
Äskettäin NatureElectronicsin artikkelissa John B. Goodenough, joka on 96-vuotias, tarkastelee ladattavan litiumioniakun keksimisen historiaa ja näyttää tien eteenpäin.
1970-luvulla Yhdysvalloissa puhkesi öljykriisi.Ymmärtääkseen liiallisen riippuvuutensa öljyn tuonnista, hallitus aloitti suuria ponnisteluja aurinko- ja tuulienergian kehittämiseksi.Aurinko- ja tuulienergian ajoittaisen luonteen vuoksiuudelleenladattavat patteritlopulta tarvittiin näiden uusiutuvien ja puhtaiden energialähteiden varastointiin.
Avain palautuvaan lataamiseen ja purkamiseen on kemiallisen reaktion palautuvuus!
Tuolloin suurin osa ei-ladattavista akuista käytti negatiivisia litiumelektrodeja ja orgaanisia elektrolyyttejä.Ladattavien akkujen aikaansaamiseksi kaikki alkoivat työstää litiumionien palautuvaa upottamista kerroksellisiin siirtymämetallisulfidikatodeihin.Stanley Whittingham ExxonMobilista havaitsi, että palautuva lataus ja purkautuminen voidaan saavuttaa interkalaatiokemialla käyttämällä kerrostettua TiS2:ta katodimateriaalina, jolloin purkaustuote on LiTiS2.
Tämä Whittinghamin vuonna 1976 kehittämä kenno saavutti hyvän alkutehokkuuden.Useiden lataus- ja purkukertojen jälkeen kennon sisälle muodostui kuitenkin litiumdendriittejä, jotka kasvoivat negatiivisesta elektrodista positiiviseen elektrodiin luoden oikosulun, joka voi sytyttää elektrolyytin.Tämä yritys taas päättyi epäonnistumiseen!
Samaan aikaan Goodenough, joka muutti Oxfordiin, tutki, kuinka paljon litiumia voitaisiin korkeintaan purkaa kerrostetuista LiCoO2- ja LiNiO2-katodimateriaaleista ennen rakenteen muuttumista.Lopulta yli puolet litiumista poistuivat katodimateriaalista palautuvasti.
Tämä tutkimus lopulta ohjasi Akira Yoshinon AsahiKaseista valmistelemaan ensimmäistäladattava litiumioniakku: LiCoO2 positiivisena elektrodina ja grafiittihiiltä negatiivisena elektrodina.Tätä akkua käytettiin menestyksekkäästi Sonyn vanhimmissa matkapuhelimissa.
Kustannusten vähentämiseksi ja turvallisuuden parantamiseksi.Täysin kiinteä ladattava akku, jossa on kiinteää elektrolyyttiä, näyttää olevan tärkeä suunta tulevalle kehitykselle.
Jo 1960-luvulla eurooppalaiset kemistit työskentelivät litiumionien käänteisessä upottamisessa kerrostettuihin siirtymämetallisulfidimateriaaleihin.Tuohon aikaan ladattavien akkujen standardielektrolyytit olivat pääasiassa vahvoja happamia ja emäksisiä vesipitoisia elektrolyyttejä, kuten H2SO4 tai KOH.Koska näissä vesipitoisissa elektrolyyteissä H+:lla on hyvä diffuusio.
Tuolloin stabiileimpia ladattavia akkuja valmistettiin kerroksellisella NiOOH:lla katodimateriaalina ja vahvalla alkalisella vesipohjaisella elektrolyyttillä elektrolyyttinä.h+ voitaisiin upottaa palautuvasti kerrostettuun NiOOH-katodiin Ni(OH)2:n muodostamiseksi.Ongelmana oli, että vesipitoinen elektrolyytti rajoitti akun jännitettä, mikä johti alhaiseen energiatiheyteen.
Vuonna 1967 Joseph Kummer ja NeillWeber Ford Motor Companysta havaitsivat, että Na+:lla on hyvät diffuusioominaisuudet keraamisissa elektrolyyteissä yli 300 °C:ssa.Sitten he keksivät ladattavan Na-S-akun: sulaa natriumia negatiivisena elektrodina ja sulaa rikkiä sisältävät hiilinauhat positiivisena elektrodina.Tämän seurauksena he keksivät ladattavan Na-S-akun: sulaa natriumia negatiivisena elektrodina, sulaa rikkiä sisältäen hiilinauhan positiivisena elektrodina ja kiinteää keramiikkaa elektrolyyttinä.Kuitenkin 300°C:n käyttölämpötila tuomii tämän akun kaupallistamisen mahdottomaksi.
Vuonna 1986 Goodenough toteutti NASICONin avulla täysin kiinteän olomuodon ladattavan litiumakun ilman dendriittiä.Tällä hetkellä täysin solid-state ladattavia litium- ja natriumakkuja, jotka perustuvat solid-state-elektrolyytteihin, kuten NASICON, on kaupallistettu.
Vuonna 2015 MariaHelena Braga Porton yliopistosta esitteli myös eristävän huokoisen oksidin kiinteän elektrolyytin, jonka litium- ja natriumionijohtavuus on verrattavissa tällä hetkellä litiumioniakuissa käytettyihin orgaanisiin elektrolyytteihin.
Lyhyesti sanottuna, suorituskyvystä, kustannuksista tai turvallisuusnäkökohdista riippumatta täysin ladattavat kiinteän olomuodon akut ovat paras valinta korvaamaan fossiilista energiaa ja lopulta toteuttamaan tie uusiin energiaajoneuvoihin!
Postitusaika: 25.8.2022