Обзор истории литий-ионных батарей в Гуденафе

Из-за быстрой диффузии H + в водном растворе в ранних перезаряжаемых батареях в качестве электролитов в основном использовались сильные кислоты (H2SO4) или сильные основания (KOH). В то время самым надежным аккумулятором был NiOOH в качестве положительного электрода. Сильное содержание щелочей - это никель-водородная батарея электролита, но все мы знаем, что окно электрохимической стабильности воды очень узкое, что ограничивает рабочее напряжение аккумуляторной батареи, что приводит к более низкой удельной энергии аккумуляторных батарей, использующих водные растворы. .

Было сделано много попыток увеличить электрохимическую стабильность электролитов. В 1967 году Джозеф Каммер и Нил Вебер из Ford Motor Company обнаружили, что некоторые керамические материалы имеют высокую скорость диффузии Na + при высокой температуре 300 ° C. И используя это как возможность разработать перезаряжаемую батарею с использованием отрицательного электрода из расплавленного металла Na и положительного электрода из расплавленной серы / графита, высокая рабочая температура затрудняет нахождение батареи на практике. Но это не мешает людям использовать технологию твердотельных электролитов, что также открывает путь к появлению сегодня полностью твердотельных аккумуляторов. Гугеноф, который работал в лаборатории Линкольна Массачусетского технологического института, увидел перспективу этой технологии, последовал за ней и разработал Na1 + xZr2SixP3 с высокой проводимостью по Na + от Генри Хонга. Электролиты xO12, но из-за низкой проводимости твердых электролитов при комнатной температуре не привлекали в то время особого внимания.

В 1970-х годах неожиданный нефтяной кризис прокатился по Соединенным Штатам. В то время Соединенные Штаты были чрезмерно зависимы от импорта нефти, поэтому нефтяной кризис ударил по американскому обществу. С тех пор Соединенные Штаты начали активно развивать возобновляемые источники энергии, такие как энергия ветра и солнца, чтобы снизить зависимость от ископаемых источников энергии, таких как нефть. Развитие ветровой и солнечной энергетики столкнется с проблемой. Эти возобновляемые источники энергии в основном зависят от приема пищи, и их трудно адаптировать к требованиям стабильности сети. Таким образом, развитие возобновляемых источников энергии невозможно отделить от развития технологий хранения энергии.

Металлический литий обладает такими преимуществами, как низкий потенциал (стандартный водородный электрод -3.04Vvs) и высокая удельная емкость (3860mAh / g), и является очень отличным анодным материалом. В ранних литиевых первичных батареях в качестве отрицательного электрода использовался металлический литий, а в качестве электролита - органический растворитель. Были достигнуты хорошие результаты, поэтому исследования аккумуляторных батарей стали сосредоточиваться на металлических литиевых вторичных батареях. Исследователи использовали европейских химиков в 1960-х годах, чтобы обнаружить, что Li + обратимо встроен в слоистые сульфиды переходных металлов. В принципе, исходная металлическая литиевая вторичная батарея была приготовлена с использованием сульфида металла в качестве положительного электрода. В 1980-х годах канадская Moli Energy впервые представила литий-ионные аккумуляторные батареи с металлическим литием в качестве отрицательного электрода. Эта батарея также позволила Moli Energy доминировать на мировом рынке батарей, но, к сожалению, литиевая батарея была второй в 1989 году. В батарее произошел непрерывный пожар и взрыв, что привело к массовому отзыву батареи по всему миру. С тех пор компания, которая некоторое время доминировала на мировом рынке аккумуляторов, была опустошена и в конечном итоге приобретена японской корпорацией NEC. NEC потратила огромное количество рабочей силы и времени на тщательный анализ десятков тысяч батарей и, наконец, нашла литиевый CDR, который привел к взрыву батареи, но не нашла способа решить проблему дендритов лития из соображений безопасности. Проблема не могла быть решена, и литий-металлический аккумулятор постепенно исчез из поля нашего зрения.

В настоящее время Гуденаф изучает литийсодержащий оксид металла LiCoO2 в Оксфордском университете, Англия. Теоретическая емкость материала LiCoO2 составляет 274 мАч / г, но не весь Li + может обратимо десорбироваться. Когда Li + выходит слишком много, это нарушает стабильность конструкции. Сексуальность, вызывая коллапс структуры материала, Гуденаф стремится, наконец, достичь более половины обратимого Li из LiCoO2, так что обратимая емкость материала LiCoO2 достигает 140 мАч / г или более, этот результат в конечном итоге привел к рождению лития. ионные батареи. Акира Ёшино, который работал в Asahi Kasei, использовал LiCoO2 в качестве положительного электрода. Графитовый материал использовался в качестве отрицательного электрода при разработке самой ранней модели литий-ионного аккумулятора. Эта технология была наконец принята Sony Corporation. В 1991 году была представлена первая в мире коммерческая литий-ионная батарея. В литий-ионной батарее в качестве отрицательного электрода используется графитовый материал, чтобы избежать появления металлического лития на отрицательном электроде, тем самым избегая образования дендритов лития, тем самым значительно повышая безопасность перезаряжаемой батареи. С тех пор, обладая преимуществами высокой плотности энергии и высокой безопасности, литий-ионные батареи стремительно развиваются, быстро оставляя позади себя другие вторичные батареи. Всего за десять лет литий-ионные аккумуляторы полностью заняли место в бытовой электронике. Рынок расширился до области электромобилей и достиг блестящих достижений.

Однако разработка аккумуляторных батарей - это гонка, которая никогда не заканчивается. Поскольку удельный энергетический индекс батареи продолжает расти, традиционные литий-ионные батареи больше не могут удовлетворять новым требованиям. Чтобы еще больше повысить удельную энергию батареи, Гуденафу уже более 90 лет. Также перешел на полностью твердый аккумулятор. Полностью твердотельная батарея заменяет жидкий электролит в традиционной литий-ионной батарее твердым с ионопроводящей способностью, а твердый электролит имеет хорошую прочность, что делает возможным использование металл-литиевого отрицательного электрода и оставляет желать лучшего. энергии, достаточной для литий-ионного аккумулятора, чтобы увеличить удельную энергию. космос. После более чем десяти лет разработки были разработаны твердые электролиты различных типов, такие как керамические оксидные электролиты, сульфидные электролиты и полимерные электролиты. Производительность также была значительно улучшена. Ионная проводимость некоторых керамических оксидных электролитов при комнатной температуре сопоставима с жидкими электролитами, что делает возможным применение всех твердотельных батарей. Лаборатория Гуденаф в Техасском университете в Остине теперь разработала полностью твердотельную батарею с использованием твердотельных электролитов, которая поддерживает хорошие электрохимические характеристики и не производит дендритов лития во время длительных циклов. Гуденаф считает, что с постепенным развитием технологии твердотельных аккумуляторов электромобили будут вытеснены, чтобы заменить традиционные двигатели внутреннего сгорания и снизить потребление ископаемой энергии.

Старик кричит и стремится пролететь тысячу миль. Старость мученика огромна. В 96 лет Гуденаф все еще борется в авангарде научных исследований. Как мы, молодое поколение, можем расслабиться? Наконец, мы снова отдаем дань уважения Гуденафу.

Страница содержит содержимое машинного перевода.