შესრულების, ღირებულებისა თუ უსაფრთხოების მოსაზრებების მიუხედავად, მთლიანად მყარი დატენვის ბატარეები საუკეთესო არჩევანია წიაღისეული ენერგიის ჩასანაცვლებლად და საბოლოოდ ახალი ენერგიის მანქანებისკენ მიმავალ გზაზე.
როგორც კათოდური მასალების გამომგონებელი, როგორიცაა LiCoO2, LiMn2O4 და LiFePO4, Goodenough კარგად არის ცნობილი სფეროში.ლითიუმ-იონური ბატარეებიდა ნამდვილად არის "ლითიუმ-იონური ბატარეების მამა".
NatureElectronics-ის ბოლო სტატიაში, ჯონ ბ. გუდენოფი, რომელიც 96 წლისაა, მიმოიხილავს მრავალჯერადი დატენვის ლითიუმ-იონური ბატარეის გამოგონების ისტორიას და გვიჩვენებს წინსვლის გზას.
1970-იან წლებში შეერთებულ შტატებში ნავთობის კრიზისი დაიწყო. გააცნობიერა მისი ზედმეტად დამოკიდებული ნავთობის იმპორტზე, მთავრობამ დაიწყო ძირითადი ძალისხმევა მზის და ქარის ენერგიის განვითარებისთვის. მზის და ქარის ენერგიის წყვეტილი ბუნების გამო,დატენვის ბატარეებისაბოლოოდ საჭირო იყო ამ განახლებადი და სუფთა ენერგიის წყაროების შესანახად.
შექცევადი დამუხტვისა და განმუხტვის გასაღები არის ქიმიური რეაქციის შექცევადობა!
იმ დროს, არა-დატენვის ბატარეების უმეტესობა იყენებდა ლითიუმ უარყოფით ელექტროდებს და ორგანულ ელექტროლიტებს. მრავალჯერადი დატენვის ბატარეების მისაღწევად, ყველამ დაიწყო მუშაობა ლითიუმის იონების შექცევად ჩანერგვაზე ფენოვან გარდამავალი ლითონის სულფიდის კათოდებში. სტენლი უიტინგემმა ExxonMobil-მა აღმოაჩინა, რომ შექცევადი დამუხტვა და განმუხტვა შეიძლება მიღწეული იქნას ინტერკალაციის ქიმიის გამოყენებით ფენიანი TiS2 კათოდური მასალის სახით, ხოლო გამონადენი პროდუქტია LiTiS2.
1976 წელს უიტინგიმის მიერ შემუშავებულმა ამ უჯრედმა მიაღწია კარგ საწყის ეფექტურობას. თუმცა, დატენვისა და განმუხტვის რამდენიმე განმეორების შემდეგ, უჯრედის შიგნით წარმოიქმნა ლითიუმის დენდრიტები, რომლებიც უარყოფითიდან დადებით ელექტროდამდე გადაიზარდა, რაც ქმნის მოკლე ჩართვას, რომელსაც შეუძლია ელექტროლიტის ანთება. ეს მცდელობა ისევ მარცხით დასრულდა!
იმავდროულად, Goodenough, რომელიც გადავიდა ოქსფორდში, იკვლევდა, თუ რა რაოდენობის ლითიუმის ამოღება შეიძლებოდა ფენიანი LiCoO2 და LiNiO2 კათოდური მასალებისგან სტრუქტურის შეცვლამდე. საბოლოო ჯამში, მათ მიაღწიეს ლითიუმის ნახევარზე მეტის შექცევად ამოღებას კათოდური მასალისგან.
ამ კვლევამ საბოლოოდ უხელმძღვანელა აკირა იოშინო AsahiKasei-დან პირველის მოსამზადებლადდატენვის ლითიუმ-იონური ბატარეა: LiCoO2 როგორც დადებითი ელექტროდი და გრაფიკული ნახშირბადი, როგორც უარყოფითი ელექტროდი. ეს ბატარეა წარმატებით გამოიყენებოდა Sony-ს ადრეულ მობილურ ტელეფონებში.
ხარჯების შემცირებისა და უსაფრთხოების გასაუმჯობესებლად. სრულიად მყარი მრავალჯერადი დატენვის ბატარეა მყარი ელექტროლიტის სახით, როგორც ჩანს, მნიშვნელოვანი მიმართულებაა მომავალი განვითარებისთვის.
ჯერ კიდევ 1960-იან წლებში ევროპელი ქიმიკოსები მუშაობდნენ ლითიუმის იონების შექცევად ჩასმაზე ფენოვან გარდამავალი ლითონის სულფიდურ მასალებში. იმ დროს, დატენვის ბატარეების სტანდარტული ელექტროლიტები იყო ძირითადად ძლიერი მჟავე და ტუტე წყლის ელექტროლიტები, როგორიცაა H2SO4 ან KOH. იმის გამო, რომ ამ წყლიან ელექტროლიტებში H+-ს აქვს კარგი დიფუზიურობა.
იმ დროს, ყველაზე სტაბილური დატენვის ბატარეები მზადდებოდა ფენიანი NiOOH, როგორც კათოდური მასალა და ძლიერი ტუტე წყლის ელექტროლიტი, როგორც ელექტროლიტი. h+ შეიძლება შექცევადად იყოს ჩასმული NiOOH ფენოვან კათოდში Ni(OH)2-ის შესაქმნელად. პრობლემა ის იყო, რომ წყლის ელექტროლიტი ზღუდავდა ბატარეის ძაბვას, რის შედეგადაც დაბალი ენერგიის სიმკვრივე იყო.
1967 წელს ჯოზეფ კუმერმა და ნილვებერმა Ford Motor Company-დან აღმოაჩინეს, რომ Na+-ს აქვს კარგი დიფუზიური თვისებები კერამიკულ ელექტროლიტებში 300°C-ზე ზემოთ. შემდეგ მათ გამოიგონეს Na-S დატენვის ბატარეა: გამდნარი ნატრიუმი, როგორც უარყოფითი ელექტროდი და გამდნარი გოგირდის შემცველი ნახშირბადის ზოლები, როგორც დადებითი ელექტროდი. შედეგად, მათ გამოიგონეს Na-S დატენვის ბატარეა: გამდნარი ნატრიუმი, როგორც უარყოფითი ელექტროდი, გამდნარი გოგირდი, რომელიც შეიცავს ნახშირბადის ზოლს, როგორც დადებით ელექტროდს, და მყარი კერამიკა, როგორც ელექტროლიტი. თუმცა, 300°C ოპერაციულმა ტემპერატურამ ამ ბატარეის კომერციალიზაცია შეუძლებელი გახადა.
1986 წელს Goodenough-მა NASICON-ის გამოყენებით დენდრიტის წარმოქმნის გარეშე შექმნა სრულიად მყარი მდგომარეობის ლითიუმის ბატარეა. ამჟამად კომერციალიზაცია განხორციელდა მთლიანად მყარი მდგომარეობის ლითიუმის და ნატრიუმის ბატარეები, რომლებიც დაფუძნებულია მყარი მდგომარეობის ელექტროლიტებზე, როგორიცაა NASICON.
2015 წელს მარიაჰელენა ბრაგამ პორტოს უნივერსიტეტიდან ასევე აჩვენა საიზოლაციო ფოროვანი ოქსიდის მყარი ელექტროლიტი ლითიუმის და ნატრიუმის იონური გამტარობით, რომელიც შედარებულია იმ ორგანულ ელექტროლიტებთან, რომლებიც ამჟამად გამოიყენება ლითიუმ-იონურ ბატარეებში.
მოკლედ, განურჩევლად შესრულების, ღირებულებისა და უსაფრთხოების მოსაზრებებისა, სრულიად მყარი მდგომარეობის მრავალჯერადი დატენვის ბატარეები საუკეთესო არჩევანია წიაღისეული ენერგიის ჩასანაცვლებლად და საბოლოოდ გააცნობიეროს გზა ახალი ენერგეტიკული მანქანებისკენ!
გამოქვეყნების დრო: აგვისტო-25-2022