Independientemente de las consideraciones de rendimiento, costo o seguridad, las baterías recargables totalmente de estado sólido son la mejor opción para reemplazar la energía fósil y, eventualmente, abrir el camino hacia vehículos de nueva energía.
Como inventor de materiales catódicos como LiCoO2, LiMn2O4 y LiFePO4, Goodenough es bien conocido en el campo debaterías de iones de litioy es verdaderamente el "padre de las baterías de iones de litio".
En un artículo reciente en NatureElectronics, John B. Goodenough, de 96 años, repasa la historia de la invención de la batería recargable de iones de litio y muestra el camino a seguir.
En la década de 1970, estalló una crisis del petróleo en Estados Unidos. Al darse cuenta de su excesiva dependencia de las importaciones de petróleo, el gobierno inició un importante esfuerzo para desarrollar la energía solar y eólica. Debido a la naturaleza intermitente de la energía solar y eólica,baterías recargablesFinalmente se necesitaron para almacenar estas fuentes de energía renovables y limpias.
¡La clave para la carga y descarga reversible es la reversibilidad de la reacción química!
En ese momento, la mayoría de las baterías no recargables utilizaban electrodos negativos de litio y electrolitos orgánicos. Para conseguir baterías recargables, todo el mundo empezó a trabajar en la incorporación reversible de iones de litio en cátodos de sulfuro de metales de transición en capas. Stanley Whittingham de ExxonMobil descubrió que la carga y descarga reversibles se podían lograr mediante química de intercalación utilizando TiS2 en capas como material del cátodo, siendo el producto de descarga LiTiS2.
Esta célula, desarrollada por Whittingham en 1976, alcanzó una buena eficiencia inicial. Sin embargo, después de varias repeticiones de carga y descarga, se formaron dendritas de litio dentro de la celda, que crecieron desde el electrodo negativo al positivo, creando un cortocircuito que podría encender el electrolito. ¡Este intento, nuevamente, terminó en fracaso!
Mientras tanto, Goodenough, que se mudó a Oxford, estaba investigando cuánto litio se podía extraer como máximo de los materiales del cátodo en capas de LiCoO2 y LiNiO2 antes de que cambiara la estructura. Al final, lograron desintegrar reversiblemente más de la mitad del litio del material del cátodo.
Esta investigación finalmente guió a Akira Yoshino de AsahiKasei a preparar el primerbatería recargable de iones de litio: LiCoO2 como electrodo positivo y carbono grafítico como electrodo negativo. Esta batería se utilizó con éxito en los primeros teléfonos móviles de Sony.
Con el fin de reducir costes y mejorar la seguridad. La batería recargable totalmente sólida con electrolito sólido parece ser una dirección importante para el desarrollo futuro.
Ya en la década de 1960, los químicos europeos trabajaron en la incorporación reversible de iones de litio en materiales estratificados de sulfuros de metales de transición. En aquella época, los electrolitos estándar para las baterías recargables eran principalmente electrolitos acuosos ácidos y alcalinos fuertes, como H2SO4 o KOH. Porque, en estos electrolitos acuosos, el H+ tiene buena difusividad.
En ese momento, las baterías recargables más estables se fabricaban con capas de NiOOH como material catódico y un electrolito acuoso alcalino fuerte como electrolito. h+ podría incrustarse de forma reversible en el cátodo de NiOOH en capas para formar Ni(OH)2. el problema era que el electrolito acuoso limitaba el voltaje de la batería, lo que daba como resultado una baja densidad de energía.
En 1967, Joseph Kummer y NeillWeber de Ford Motor Company descubrieron que el Na+ tiene buenas propiedades de difusión en electrolitos cerámicos por encima de 300°C. Luego inventaron una batería recargable de Na-S: sodio fundido como electrodo negativo y azufre fundido que contiene bandas de carbono como electrodo positivo. Como resultado, inventaron una batería recargable de Na-S: sodio fundido como electrodo negativo, azufre fundido que contiene una banda de carbono como electrodo positivo y una cerámica sólida como electrolito. Sin embargo, la temperatura de funcionamiento de 300°C condenó a esta batería a la imposibilidad de comercializar.
En 1986, Goodenough desarrolló una batería de litio recargable de estado sólido sin generación de dendritas utilizando NASICON. Actualmente, se han comercializado baterías de litio y sodio recargables totalmente de estado sólido basadas en electrolitos de estado sólido como NASICON.
En 2015, MariaHelena Braga de la Universidad de Oporto también demostró un electrolito sólido de óxido poroso aislante con una conductividad de iones de litio y sodio comparable a los electrolitos orgánicos que se utilizan actualmente en las baterías de iones de litio.
En resumen, independientemente de las consideraciones de rendimiento, costo o seguridad, las baterías recargables de estado sólido son la mejor opción para reemplazar la energía fósil y, eventualmente, abrir el camino hacia vehículos de nueva energía.
Hora de publicación: 25 de agosto de 2022