性能、コスト、安全性の考慮に関係なく、全固体充電式電池は化石エネルギーに代わる最良の選択肢であり、最終的には新エネルギー車への道を実現します。
グッドイナフ氏は、LiCoO2、LiMn2O4、LiFePO4 などの正極材料の発明者として、次の分野でよく知られています。リチウムイオン電池まさに「リチウムイオン電池の父」です。
NatureElectronics の最近の記事で、96 歳のジョン B. グッドイナフ氏は、充電式リチウムイオン電池の発明の歴史を振り返り、今後の方向性を示しています。
1970 年代、米国で石油危機が勃発しました。石油輸入への過度の依存を認識した政府は、太陽光エネルギーと風力エネルギーの開発に大規模な取り組みを開始しました。太陽光や風力エネルギーは断続的な性質があるため、充電式電池これらの再生可能でクリーンなエネルギー源を貯蔵するために最終的に必要になりました。
可逆充放電の鍵は化学反応の可逆性！
当時、非充電式電池のほとんどはリチウム負極と有機電解液を使用していました。充電式電池を実現するために、誰もが層状遷移金属硫化物正極にリチウムイオンを可逆的に埋め込むことに取り組み始めました。ExxonMobil の Stanley Whittingham は、層状 TiS2 をカソード材料として使用し、放電生成物が LiTiS2 であるインターカレーション化学によって可逆的な充電と放電を達成できることを発見しました。
このセルは 1976 年に Whittingham によって開発され、良好な初期効率を達成しました。しかし、充電と放電を数回繰り返すと、セル内にリチウム樹枝状結晶が形成され、それが負極から正極に向かって成長し、電解液に発火する可能性のある短絡が発生しました。この試みもまた失敗に終わりました。
一方、オックスフォードに移ったグッドイナフ氏は、構造が変化する前に、層状のLiCoO2およびLiNiO2正極材料から最大でどの程度のリチウムを除去できるかを調査していた。最終的に、彼らは正極材料からリチウムの半分以上を可逆的に除去することに成功した。
この研究は最終的に、旭化成の吉野彰氏が最初の研究を準備するきっかけとなった。充電式リチウムイオン電池: 正極として LiCoO2、負極としてグラファイトカーボン。このバッテリーはソニーの初期の携帯電話で成功裏に使用されました。
コスト削減と安全性の向上のため。電解質として固体を用いた全固体二次電池は、今後の開発の重要な方向性と考えられる。
1960 年代にはすでにヨーロッパの化学者が、層状遷移金属硫化物材料へのリチウムイオンの可逆的埋め込みに取り組んでいました。当時、二次電池の標準的な電解質は主に、H2SO4 や KOH などの強酸性およびアルカリ性の水性電解質でした。これらの水性電解質では、H+ は良好な拡散性を持っているためです。
当時、最も安定した二次電池は、正極材料として層状 NiOOH、電解液として強アルカリ水性電解液を使用して作られていました。h+ は層状 NiOOH カソードに可逆的に埋め込まれ、Ni(OH)2 を形成する可能性があります。問題は、水性電解質がバッテリーの電圧を制限し、エネルギー密度が低くなることでした。
1967 年、フォード モーター カンパニーのジョセフ クンマーとニールウェバーは、Na+ が 300°C 以上のセラミック電解質中で良好な拡散特性を有することを発見しました。その後、彼らは Na-S 充電式電池を発明しました。負極として溶融ナトリウム、正極として炭素バンドを含む溶融硫黄を使用しました。その結果、溶融ナトリウムを負極、炭素バンドを含む溶融硫黄を正極、固体セラミックスを電解質としたNa-S二次電池を発明しました。しかし、この電池は動作温度が300℃と高く、商品化が不可能でした。
1986年、グッドイナフ社はNASICONを用いて樹枝状結晶を生成しない全固体リチウム二次電池を実現した。現在、NASICONなどの固体電解質を用いた全固体充電可能なリチウム電池やナトリウム電池が商品化されている。
2015年、ポルト大学のマリアヘレナ・ブラガ氏も、現在リチウムイオン電池で使用されている有機電解質に匹敵するリチウムおよびナトリウムイオン伝導性を備えた絶縁性多孔質酸化物固体電解質を実証した。
つまり、性能、コスト、安全性の考慮に関係なく、全固体充電式電池は化石エネルギーに代わる最良の選択肢であり、最終的には新エネルギー車への道を実現します。
投稿日時: 2022 年 8 月 25 日