Burtséð frá frammistöðu, kostnaði eða öryggissjónarmiðum eru endurhlaðanlegar rafhlöður í föstu formi besti kosturinn til að skipta um jarðefnaorku og að lokum átta sig á leiðinni til nýrra orkutækja.
Sem uppfinningamaður bakskautsefna eins og LiCoO2, LiMn2O4 og LiFePO4 er Goodenough vel þekktur á sviðilitíum-jón rafhlöðurog er sannarlega „faðir litíumjónarafhlaðna“.
Í nýlegri grein í NatureElectronics fer John B. Goodenough, sem er 96 ára gamall, yfir sögu uppfinningarinnar á endurhlaðanlegu litíumjónarafhlöðunni og sýnir leiðina fram á við.
Á áttunda áratugnum braust út olíukreppa í Bandaríkjunum. Ríkisstjórnin gerði sér grein fyrir of háð sinni á olíuinnflutningi og hóf stórt átak til að þróa sólar- og vindorku. Vegna hlés eðlis sólar- og vindorku,endurhlaðanlegar rafhlöðurþurfti að lokum til að geyma þessa endurnýjanlegu og hreinu orkugjafa.
Lykillinn að afturkræfri hleðslu og losun er afturkræfni efnahvarfsins!
Á þeim tíma notuðu flestar óhlaðanlegu rafhlöðurnar litíum neikvæð rafskaut og lífræn raflausn. Til þess að ná endurhlaðanlegum rafhlöðum fóru allir að vinna að afturkræfri innfellingu litíumjóna í lagskipt umbreytingarmálmsúlfíð bakskaut. Stanley Whittingham hjá ExxonMobil komst að því að hægt væri að ná afturkræfri hleðslu og afhleðslu með því að nota innskotsefnafræði með því að nota lagskipt TiS2 sem bakskautsefni, þar sem losunarvaran er LiTiS2.
Þessi klefi, þróaður af Whittingham árið 1976, náði góðri upphaflegri skilvirkni. Hins vegar, eftir nokkrar endurtekningar á hleðslu og afhleðslu, mynduðust litíum dendrites inni í frumunni, sem óx úr neikvæðu í jákvæðu rafskautið og myndaði skammhlaup sem gæti kveikt í raflausninni. Þessi tilraun endaði aftur með því að mistakast!
Á meðan var Goodenough, sem flutti til Oxford, að kanna hversu mikið af litíum væri í mesta lagi hægt að losa úr lagskiptu LiCoO2 og LiNiO2 bakskautsefnum áður en uppbyggingin breyttist. Á endanum náðu þeir afturkræfri losun á meira en helmingi litíums úr bakskautsefninu.
Þessi rannsókn leiddi að lokum Akira Yoshino frá AsahiKasei til að undirbúa þá fyrstuendurhlaðanleg litíumjónarafhlaða: LiCoO2 sem jákvæða rafskautið og grafítískt kolefni sem neikvæða rafskautið. Þessi rafhlaða var notuð með góðum árangri í elstu farsímum Sony.
Til að draga úr kostnaði og bæta öryggi. Alhliða endurhlaðanleg rafhlaða með solid sem raflausn virðist vera mikilvæg stefna fyrir framtíðarþróun.
Strax á sjöunda áratugnum unnu evrópskir efnafræðingar að afturkræfri innfellingu litíumjóna í lagskipt umbreytingarmálmsúlfíðefni. Á þeim tíma voru staðlaðar raflausnir fyrir endurhlaðanlegar rafhlöður aðallega sterk súr og basísk vatnslausn eins og H2SO4 eða KOH. Vegna þess að í þessum vatnskenndu raflausnum hefur H+ góða dreifingu.
Á þeim tíma voru stöðugustu endurhlaðanlegu rafhlöðurnar gerðar með lagskiptu NiOOH sem bakskautsefni og sterkum basískum vatnslausn sem raflausn. h+ gæti verið fellt inn í lagskiptu NiOOH bakskautið til að mynda Ni(OH)2. vandamálið var að vatnslausnin takmarkaði spennu rafhlöðunnar, sem leiddi til lítillar orkuþéttleika.
Árið 1967 uppgötvuðu Joseph Kummer og NeillWeber hjá Ford Motor Company að Na+ hefur góða dreifingareiginleika í keramik raflausnum yfir 300°C. Þeir fundu síðan upp Na-S endurhlaðanlega rafhlöðu: bráðið natríum sem neikvæða rafskautið og bráðið brennisteinn sem inniheldur kolefnisbönd sem jákvæða rafskautið. Fyrir vikið fundu þeir upp Na-S endurhlaðanlega rafhlöðu: bráðið natríum sem neikvæða rafskautið, bráðinn brennistein sem inniheldur kolefnisband sem jákvæða rafskautið og fast keramik sem raflausn. Hins vegar dæmdi rekstrarhitinn 300°C þessa rafhlöðu til að vera ómöguleg í markaðssetningu.
Árið 1986 gerði Goodenough sér grein fyrir endurhlaðanlegri litíum rafhlöðu í föstu formi án dendritmyndunar með því að nota NASICON. Eins og er hafa endurhlaðanlegar litíum- og natríumrafhlöður í föstu formi, byggðar á raflausnum í föstu formi eins og NASICON, verið markaðssettar.
Árið 2015 sýndi MariaHelena Braga frá háskólanum í Porto einnig fram á einangrandi porous oxíð fast raflausn með litíum- og natríumjónaleiðni sambærilegum lífrænum raflausnum sem nú eru notaðar í litíumjónarafhlöðum.
Í stuttu máli, burtséð frá frammistöðu, kostnaði eða öryggissjónarmiðum, eru endurhlaðanlegar rafhlöður í föstu formi besti kosturinn til að skipta um jarðefnaorku og að lokum átta sig á leiðinni til nýrra orkutækja!
Birtingartími: 25. ágúst 2022