Independentment del rendiment, el cost o les consideracions de seguretat, les bateries recarregables d'estat sòlid són la millor opció per substituir l'energia fòssil i, finalment, fer el camí cap als vehicles d'energia nova.
Com a inventor de materials càtodics com LiCoO2, LiMn2O4 i LiFePO4, Goodenough és ben conegut en el camp debateries de ions de litii és realment el "pare de les bateries d'ions de liti".
En un article recent a NatureElectronics, John B. Goodenough, que té 96 anys, repassa la història de la invenció de la bateria recarregable d'ions de liti i mostra el camí a seguir.
A la dècada de 1970 va esclatar una crisi del petroli als Estats Units.Adonant-se de la seva excessiva dependència de les importacions de petroli, el govern va començar un esforç important per desenvolupar l'energia solar i eòlica.A causa de la naturalesa intermitent de l'energia solar i eòlica,bateries recarregableses van necessitar finalment per emmagatzemar aquestes fonts d'energia renovables i netes.
La clau de la càrrega i descàrrega reversible és la reversibilitat de la reacció química!
En aquell moment, la majoria de les bateries no recarregables utilitzaven elèctrodes negatius de liti i electròlits orgànics.Per aconseguir bateries recarregables, tothom va començar a treballar en la incrustació reversible d'ions de liti en càtodes de sulfur de metalls de transició en capes.Stanley Whittingham d'ExxonMobil va descobrir que la càrrega i la descàrrega reversibles es podrien aconseguir mitjançant la química d'intercalació utilitzant TiS2 en capes com a material càtode, sent el producte de descàrrega LiTiS2.
Aquesta cèl·lula, desenvolupada per Whittingham el 1976, va aconseguir una bona eficiència inicial.No obstant això, després de diverses repeticions de càrrega i descàrrega, dins de la cèl·lula es van formar dendrites de liti, que van créixer del negatiu al positiu, creant un curtcircuit que podria encendre l'electròlit.Aquest intent, de nou, va acabar en fracàs!
Mentrestant, Goodenough, que es va traslladar a Oxford, estava investigant la quantitat de liti que es podia desintegrar com a molt dels materials del càtode de LiCoO2 i LiNiO2 en capes abans que canviés l'estructura.Al final, van aconseguir la desintegració reversible de més de la meitat del liti del material del càtode.
Aquesta investigació finalment va guiar a Akira Yoshino d'AsahiKasei per preparar el primerbateria recarregable d'ions de liti: LiCoO2 com a elèctrode positiu i carboni gràfic com a elèctrode negatiu.Aquesta bateria es va utilitzar amb èxit en els primers telèfons mòbils de Sony.
Per tal de reduir costos i millorar la seguretat.La bateria recarregable totalment sòlida amb sòlid com a electròlit sembla ser una direcció important per al desenvolupament futur.
Ja a la dècada de 1960, els químics europeus van treballar en la incorporació reversible d'ions de liti en materials de sulfur de metalls de transició en capes.En aquell moment, els electròlits estàndard per a les bateries recarregables eren principalment electròlits aquosos àcids i alcalins forts com H2SO4 o KOH.Perquè, en aquests electròlits aquosos, H+ té una bona difusivitat.
En aquell moment, les bateries recarregables més estables es van fabricar amb NiOOH en capes com a material càtode i un electròlit aquós alcalí fort com a electròlit.h+ es podria incrustar de manera reversible al càtode de NiOOH en capes per formar Ni (OH)2.el problema era que l'electròlit aquós limitava la tensió de la bateria, donant lloc a una baixa densitat d'energia.
El 1967, Joseph Kummer i NeillWeber de Ford Motor Company van descobrir que el Na+ té bones propietats de difusió en electròlits ceràmics per sobre de 300 °C.Després van inventar una bateria recarregable Na-S: sodi fos com a elèctrode negatiu i sofre fos que conté bandes de carboni com a elèctrode positiu.Com a resultat, van inventar una bateria recarregable Na-S: sodi fos com a elèctrode negatiu, sofre fos que conté una banda de carboni com a elèctrode positiu i una ceràmica sòlida com a electròlit.Tanmateix, la temperatura de funcionament de 300 °C va condemnar aquesta bateria a ser impossible de comercialitzar.
El 1986, Goodenough va realitzar una bateria de liti recarregable d'estat sòlid sense generació de dendrites mitjançant NASICON.Actualment, s'han comercialitzat bateries de liti i sodi recarregables d'estat sòlid basades en electròlits d'estat sòlid com NASICON.
El 2015, MariaHelena Braga de la Universitat de Porto també va demostrar un electròlit sòlid d'òxid porós aïllant amb conductivitat d'ions de liti i sodi comparable als electròlits orgànics que s'utilitzen actualment a les bateries d'ions de liti.
En resum, independentment del rendiment, el cost o les consideracions de seguretat, les bateries recarregables d'estat sòlid són la millor opció per substituir l'energia fòssil i, finalment, aconseguir el camí cap als vehicles d'energia nova!
Hora de publicació: 25-agost-2022