Independentemente do rendemento, o custo ou as consideracións de seguridade, as baterías recargables de estado sólido son a mellor opción para substituír a enerxía fósil e, finalmente, realizar o camiño cara aos vehículos de nova enerxía.
Como inventor de materiais catódicos como LiCoO2, LiMn2O4 e LiFePO4, Goodenough é ben coñecido no campo dabaterías de iones de litioe é verdadeiramente o "pai das baterías de ión-litio".
Nun artigo recente en NatureElectronics, John B. Goodenough, que ten 96 anos, repasa a historia da invención da batería recargable de ión-litio e mostra o camiño a seguir.
Na década de 1970, estalou unha crise do petróleo nos Estados Unidos. Ao entender a súa excesiva dependencia das importacións de petróleo, o goberno comezou un gran esforzo para desenvolver enerxía solar e eólica. Debido á natureza intermitente da enerxía solar e eólica,baterías recargablesfinalmente foron necesarios para almacenar estas fontes de enerxía renovables e limpas.
A clave para a carga e descarga reversibles é a reversibilidade da reacción química.
Nese momento, a maioría das baterías non recargables utilizaban electrodos negativos de litio e electrólitos orgánicos. Para conseguir baterías recargables, todos comezaron a traballar na incorporación reversible de ións de litio en cátodos de sulfuro de metal de transición en capas. Stanley Whittingham de ExxonMobil descubriu que a carga e descarga reversibles podían conseguirse mediante a química de intercalación usando TiS2 en capas como material do cátodo, sendo o produto de descarga LiTiS2.
Esta célula, desenvolvida por Whittingham en 1976, acadou unha boa eficiencia inicial. Non obstante, despois de varias repeticións de carga e descarga, no interior da célula formáronse dendritas de litio, que pasaron do electrodo negativo ao positivo, creando un curtocircuíto que podería acender o electrólito. Este intento, de novo, rematou en fracaso!
Mentres tanto, Goodenough, que se trasladou a Oxford, estaba a investigar canto litio se podía desintegrar como máximo dos materiais do cátodo en capas de LiCoO2 e LiNiO2 antes de que a estrutura cambiase. Ao final, conseguiron a desintegración reversible de máis da metade do litio do material do cátodo.
Esta investigación finalmente guiou a Akira Yoshino de AsahiKasei para preparar o primeirobatería recargable de iones de litio: LiCoO2 como electrodo positivo e carbono grafítico como electrodo negativo. Esta batería utilizouse con éxito nos primeiros teléfonos móbiles de Sony.
Co fin de reducir custos e mellorar a seguridade. A batería recargable totalmente sólida con sólido como electrólito parece ser unha dirección importante para o desenvolvemento futuro.
Xa na década de 1960, os químicos europeos traballaron na incorporación reversible de ións de litio en materiais de sulfuro de metais de transición en capas. Nese momento, os electrólitos estándar para baterías recargables eran principalmente electrólitos acuosos ácidos e alcalinos fortes como H2SO4 ou KOH. Porque, nestes electrólitos acuosos, o H+ ten unha boa difusividade.
Nese momento, as baterías recargables máis estables facíanse con NiOOH en capas como material do cátodo e un forte electrólito acuoso alcalino como electrólito. h+ podería incrustarse de forma reversible no cátodo de NiOOH en capas para formar Ni(OH)2. o problema era que o electrólito acuoso limitaba a tensión da batería, o que resultaba nunha baixa densidade de enerxía.
En 1967, Joseph Kummer e NeillWeber da Ford Motor Company descubriron que o Na+ ten boas propiedades de difusión en electrólitos cerámicos por riba dos 300 °C. Logo inventaron unha batería recargable Na-S: sodio fundido como electrodo negativo e xofre fundido que contén bandas de carbono como electrodo positivo. Como resultado, inventaron unha batería recargable Na-S: sodio fundido como electrodo negativo, xofre fundido que contén unha banda de carbono como electrodo positivo e cerámica sólida como electrólito. Non obstante, a temperatura de funcionamento de 300 °C condenou esta batería a ser imposible de comercializar.
En 1986, Goodenough realizou unha batería de litio recargable de estado sólido sen xeración de dendritas usando NASICON. Actualmente, comercializáronse baterías de litio e sodio recargables totalmente de estado sólido baseadas en electrólitos de estado sólido como NASICON.
En 2015, MariaHelena Braga, da Universidade do Porto, tamén demostrou un electrólito sólido de óxido poroso illante con condutividade de ións de litio e sodio comparable aos electrólitos orgánicos utilizados actualmente nas baterías de ións de litio.
En resumo, independentemente das consideracións de rendemento, custo ou seguridade, as baterías recargables de estado sólido son a mellor opción para substituír a enerxía fósil e, finalmente, realizar o camiño cara aos vehículos de nova enerxía.
Hora de publicación: 25-ago-2022