Comme les inventeurs matériau d'électrode positive LiCoO2, LiMn2O4 et LiFePO4, etc., Goodenough, de premier plan dans le domaine des batteries au lithium-ion, un véritable "batterie au lithium-ion parent."
Récemment, âgé de 96 ans JohnB.Goodenough a publié un article dans Nature Electronics, a examiné l'histoire de l'invention de la batterie lithium-ion rechargeable et montrer la voie pour le développement futur.
1970, la crise pétrolière américaine. Le gouvernement est conscient de la dépendance excessive des importations de pétrole de la patience et a commencé à développer l'énergie solaire et éolienne. En raison des caractéristiques de l'énergie solaire et éolienne intermittente, une batterie rechargeable peut éventuellement besoin de stocker ces énergies propres renouvelables.
Figure 1. Représentation schématique de la batterie au lithium-ion
Chaque batterie comporte des électrodes positives et négatives, l'isolement positif et négatif à travers l'électrolyte et à l'énergie électrique bipolaire stockée sous forme d'énergie chimique. réaction chimique entre deux pôles générant des ions et des électrons, le transfert d'ions à l'intérieur de la batterie, et le transfert d'électrons forcé en dehors de la pile, pour former une boucle, générant ainsi de l'énergie électrique.
Pour obtenir la charge réversible et décharge, la clé est des réactions chimiques réversibles!
Figure 2.Stanley Whittingham
A cette époque, des piles non rechargeables sont pour la plupart électrolyte organique et une anode en lithium. Pour parvenir à la batterie rechargeable, il concentre première intercalation réversible d'ions lithium de l'électrode positive du métal de transition en couches. ExxonMobil a trouvé Stanley Whittingham, un TiS2 posés en tant que couche de matériau de cathode interposé mesure peut être réalisée chimiquement réversible de charge et de décharge, le produit d'évacuation est LiTiS2.
En 1976, le développement Whittingham de cette batterie pour obtenir une bonne efficacité initiale. Cependant, après une charge répétée et les temps de décharge, dendrites de lithium se forme à l'intérieur de la batterie, la croissance de dendrites de l'électrode négative à l'électrode positive, un court-circuit, l'électrolyte peut être mis à feu. La tentative a échoué à nouveau!
Figure 3.LiCoO2
En même temps, a déménagé à l'Université d'Oxford étudient le travail de Goodenough, avant la cathode matériau stratifié LiCoO2 et LiNiO2 changements structurels, au nombre à partir duquel le lithium peut être désenclavée. Finalement, elles atteignent plus de la moitié de la désintercalation du lithium réversible du matériau d'électrode positive.
Les résultats de la recherche, l'orientation finale de Asahi Kasei Corporation Akira Yoshino prépare d'abord une batterie lithium-ion rechargeable: LiCoO2 comme une électrode positive, une électrode négative en carbone graphite. Cette batterie appliquée avec succès à la première société de téléphonie mobile Sony.
Figure 4.Akira Yoshino
Afin de réduire les coûts et améliorer la sécurité. Comme l'électrolyte solide de la batterie rechargeable à l'état solide semble être une orientation importante pour le développement futur.
Au début des années 1960, les chimistes européens engagés intercalation réversible d'ions lithium dans le matériau de chalcogénure de métal de transition en couches. A ce moment, l'électrolyte standard batterie rechargeable principalement H2SO4 et d'autres acides forts ou solide électrolyte aqueux alcalin de KOH. Etant donné que, dans un tel électrolyte aqueux, H + ayant une bonne diffusibilité.
A ce moment, le plus stable de la batterie rechargeable est NiOOH en couches comme matériau de cathode, un électrolyte alcalin aqueux fort comme électrolyte. H + dans la couche d'électrode positive peut être intercalation réversible NiOOH formée de Ni (OH) 2. Le problème est que la limite de tension de la batterie à électrolyte aqueux, entraînant une faible densité d'énergie de la batterie.
En 1967, Ford Motor Company et Neill Weber Joseph Kummer trouvés dans plus de 300 électrolyte en céramique, Na + a de bonnes propriétés de diffusion. Ainsi, ce qu'il a inventé une batterie rechargeable Na-S: sodium fondu sous la forme d'une anode, le soufre fondu contenant un ruban d'électrode positive, de la céramique en tant qu'électrolyte solide. Toutefois, la température de fonctionnement de 300 °.] C, la batterie ne peut pas destinée à la commercialisation.
Néanmoins, cette étude a ouvert la porte à l'électrolyte solide, inspiré Goodenough est le laboratoire Lincoln du MIT. A cette époque, Goodenough de travail sur le travail électrochimique sur des oxydes de métaux de transition, appel résolu à base d'oxyde de développer un excellent conducteur d'ions de sodium. Sur la base de ces études inspiré, il a inventé et Henry Hong structure électrolyte solide un cadre Na1 + xZr2SixP3-xO12 (NASICON). Cet électrolyte solide ayant une conductivité d'ions de sodium est très bonne.
la structure de la figure 5.NASICON
1986, Goodenough NASICON réalisé en utilisant tout dendrite libre solide généré batterie au lithium rechargeable. Actuellement, NASICON et similaires sur la base d'un électrolyte et batteries rechargeables au lithium tout solide solides ont été sodium commercialisé.
2015, Maria Helena Braga Université de Porto montre également un électrolyte solide poreux d'oxyde isolant et d'un ion lithium et une conductivité d'ions de sodium peut être une batterie au lithium-ion à électrolyte organique sont utilisés actuellement comparable.
En bref, en termes de raisons de performance, de coût ou de sécurité, toutes les batteries rechargeables à l'état solide sont à remplacer l'énergie fossile, et en fin de compte le meilleur choix de la route des véhicules neufs d'énergie!
JohnB.Goodenough.How nous avons fait regeable e ELI-ion battery.Nature Electronics 2018,1,204.
Source: Auteur Nami: Jeff
