Tanpa mengira prestasi, kos atau pertimbangan keselamatan, bateri boleh dicas semula semua keadaan pepejal adalah pilihan terbaik untuk menggantikan tenaga fosil dan akhirnya merealisasikan jalan ke kenderaan tenaga baharu.
Sebagai pencipta bahan katod seperti LiCoO2, LiMn2O4 dan LiFePO4, Goodenough terkenal dalam bidangbateri litium-iondan benar-benar "bapa kepada bateri lithium-ion".
Dalam artikel terbaru dalam NatureElectronics, John B. Goodenough, yang berusia 96 tahun, mengkaji sejarah penciptaan bateri litium-ion boleh dicas semula dan menunjukkan jalan ke hadapan.
Pada tahun 1970-an, krisis minyak tercetus di Amerika Syarikat. Menyedari pergantungan yang berlebihan kepada import minyak, kerajaan memulakan usaha besar untuk membangunkan tenaga solar dan angin. Oleh kerana sifat berselang-seli tenaga suria dan angin,bateri boleh dicas semulaakhirnya diperlukan untuk menyimpan sumber tenaga yang boleh diperbaharui dan bersih ini.
Kunci kepada pengecasan dan penyahcasan boleh balik ialah kebolehbalikan tindak balas kimia!
Pada masa itu, kebanyakan bateri tidak boleh dicas semula menggunakan elektrod negatif litium dan elektrolit organik. Untuk mencapai bateri boleh dicas semula, semua orang mula mengusahakan pembenaman boleh balik ion litium ke dalam katod logam sulfida peralihan berlapis. Stanley Whittingham dari ExxonMobil mendapati bahawa pengecasan dan nyahcas boleh balik boleh dicapai melalui kimia interkalasi menggunakan TiS2 berlapis sebagai bahan katod, dengan produk nyahcas ialah LiTiS2.
Sel ini, yang dibangunkan oleh Whittingham pada tahun 1976, mencapai kecekapan awal yang baik. Walau bagaimanapun, selepas beberapa ulangan mengecas dan menyahcas, dendrit litium terbentuk di dalam sel, yang berkembang daripada negatif kepada elektrod positif, mewujudkan litar pintas yang boleh menyalakan elektrolit. Percubaan ini, sekali lagi, berakhir dengan kegagalan!
Sementara itu, Goodenough, yang berpindah ke Oxford, sedang menyiasat berapa banyak litium paling banyak boleh dinyahbenam daripada bahan katod LiCoO2 dan LiNiO2 berlapis sebelum struktur berubah. Pada akhirnya, mereka mencapai penyahbenaman boleh balik lebih separuh daripada litium daripada bahan katod.
Penyelidikan ini akhirnya membimbing Akira Yoshino dari AsahiKasei untuk menyediakan yang pertamabateri litium-ion boleh dicas semula: LiCoO2 sebagai elektrod positif dan karbon grafit sebagai elektrod negatif. Bateri ini berjaya digunakan dalam telefon bimbit terawal Sony.
Untuk mengurangkan kos dan meningkatkan keselamatan. Bateri boleh dicas semula sepenuhnya pepejal dengan pepejal sebagai elektrolit nampaknya merupakan hala tuju penting untuk pembangunan masa hadapan.
Seawal tahun 1960-an, ahli kimia Eropah mengusahakan pemasukan balik ion litium ke dalam bahan sulfida logam peralihan berlapis. Pada masa itu, elektrolit standard untuk bateri boleh dicas semula adalah terutamanya elektrolit akueus berasid dan beralkali seperti H2SO4 atau KOH. Kerana, dalam elektrolit berair ini, H+ mempunyai difusitiviti yang baik.
Pada masa itu, bateri boleh dicas semula yang paling stabil dibuat dengan NiOOH berlapis sebagai bahan katod dan elektrolit akueus alkali yang kuat sebagai elektrolit. h+ boleh tertanam secara terbalik dalam katod NiOOH berlapis untuk membentuk Ni(OH)2. masalahnya ialah elektrolit akueus mengehadkan voltan bateri, menghasilkan ketumpatan tenaga yang rendah.
Pada tahun 1967, Joseph Kummer dan NeillWeber dari Ford Motor Company mendapati bahawa Na+ mempunyai sifat resapan yang baik dalam elektrolit seramik melebihi 300°C. Mereka kemudiannya mencipta bateri boleh dicas semula Na-S: natrium cair sebagai elektrod negatif dan sulfur cair yang mengandungi jalur karbon sebagai elektrod positif. Hasilnya, mereka mencipta bateri boleh dicas semula Na-S: natrium cair sebagai elektrod negatif, sulfur cair yang mengandungi jalur karbon sebagai elektrod positif, dan seramik pepejal sebagai elektrolit. Walau bagaimanapun, suhu operasi 300°C menyebabkan bateri ini mustahil untuk dikomersialkan.
Pada tahun 1986, Goodenough merealisasikan bateri litium boleh dicas semula keadaan pepejal tanpa penjanaan dendrit menggunakan NASICON. Pada masa ini, bateri litium dan natrium boleh dicas semula semua keadaan pepejal berdasarkan elektrolit keadaan pepejal seperti NASICON telah dikomersialkan.
Pada tahun 2015, MariaHelena Braga dari Universiti Porto juga menunjukkan elektrolit pepejal oksida berliang penebat dengan kekonduksian ion litium dan natrium yang setanding dengan elektrolit organik yang kini digunakan dalam bateri lithium-ion.
Ringkasnya, tanpa mengira prestasi, kos atau pertimbangan keselamatan, bateri boleh dicas semula semua keadaan pepejal adalah pilihan terbaik untuk menggantikan tenaga fosil dan akhirnya merealisasikan jalan ke kenderaan tenaga baharu!
Masa siaran: Ogos-25-2022