Goodenoughのリチウムイオン電池の歴史のレビュー

水溶液中のH +の急速な拡散能力により、初期の二次電池は主に電解質として強酸（H2SO4）または強塩基（KOH）を使用していました。当時、最も信頼性の高い二次電池は正極としてNiOOHでした。強アルカリ含有量は電解質のニッケル水素電池ですが、水の電気化学的安定性ウィンドウが非常に狭いため、充電式電池の動作電圧が制限され、水溶液を使用する充電式電池のエネルギー密度が低くなることは誰もが知っています。

電解質の電気化学的安定性を拡大するために、多くの試みがなされてきた。 1967年、フォードモーターカンパニーのJosephKummerとNeill Weberは、300°Cの高温でNa +の拡散速度が速いセラミック材料があることを発見しました。そして、これを溶融金属Na負極と溶融S /黒鉛正極を用いた二次電池の開発の機会として利用すると、動作温度が高いため、実際に有用な場所を見つけることが困難になります。しかし、これはバッテリーが固体電解質技術を人々の目にもたらすことを妨げるものではなく、それは今日の全固体バッテリーの台頭への道を開くものでもあります。 MITのリンカーン研究所で働いていたGoogenoughは、この技術の展望を見て、この技術に従い、HenryHongの高いNa +導電率を備えたNa1 + xZr2SixP3を開発しました。 xO12電解質は、室温での固体電解質の導電率が低いため、当時はあまり注目されていませんでした。

1970年代、予期せぬ石油危機が米国を襲った。当時、米国は石油輸入に過度に依存していたため、この石油危機は米国社会に打撃を与えました。それ以来、米国は、石油などの化石エネルギーへの依存を減らすために、風力や太陽エネルギーなどの再生可能エネルギーの開発を積極的に開始しています。風力と太陽エネルギーの開発は問題に直面しなければならないでしょう。これらの再生可能エネルギー源は基本的に食物を食べることに依存しており、グリッドの安定性の要件に適応することは困難です。したがって、再生可能エネルギーの開発は、エネルギー貯蔵技術の進歩と切り離すことはできません。

金属リチウムは、低電位（-3.04Vvs標準水素電極）と高比容量（3860mAh / g）の利点があり、非常に優れたアノード材料です。初期のリチウム一次電池は、負極として金属リチウムを使用し、電解質として有機溶媒を使用しています。良好な結果が得られたため、二次電池の研究は金属リチウム二次電池に焦点を合わせ始めました。研究者は1960年代にヨーロッパの化学者を使用して、Li +が層状遷移金属硫化物に可逆的に埋め込まれていることを発見しました。原理的には、初期の金属リチウム二次電池は、正極として金属硫化物を使用して準備されました。 1980年代、カナダのMoli Energyは、リチウム金属を負極として使用するLi / MO2二次電池を最初に発表しました。このバッテリーはまた、モリエナジーが世界のバッテリー市場を支配することを可能にしましたが、残念ながらリチウムは1989年に2番目でした。バッテリーで継続的な火災と爆発事故が発生し、世界中でバッテリーの大規模なリコールにつながりました。それ以来、世界の電池市場を一時的に支配していた会社は壊滅的な打撃を受け、最終的には日本の日本電気株式会社に買収されました。 NECは、膨大な労力と時間をかけて数万個のバッテリーを注意深く分析し、ついにバッテリーを爆発させるリチウムcdrを発見しましたが、安全上の理由からリチウムデンドライトを解決する方法を見つけられませんでした。問題は解決できず、リチウム金属電池はゆっくりと私たちの視界から消えていきました。

現在、グッドイナフはイギリスのオックスフォード大学でリチウム含有金属酸化物LiCoO2を研究しています。 LiCoO2材料の理論容量は274mAh / gですが、すべてのLi +が可逆的に脱着できるわけではありません。 Li +が多すぎると、構造の安定性が損なわれます。セクシュアリティ、材料構造の崩壊を引き起こし、Goodenoughは最終的にLiCoO2から可逆的なLiの半分以上を達成するよう努め、LiCoO2材料の可逆容量は140mAh / g以上に達し、この結果は最終的にリチウムの誕生につながりました-イオン電池。旭化成で働いていた吉野彰は、LiCoO2を正極として使用しました。初期のリチウムイオン電池モデルを開発するために、負極としてグラファイト材料が使用されました。この技術はついにソニー株式会社に採用されました。 1991年、世界初の商用リチウムイオン電池が発表されました。リチウムイオン電池は、負極に黒鉛材を採用し、負極のリチウム金属の出現を防ぎ、リチウムデンドライトの発生を防ぎ、二次電池の安全性を大幅に向上させています。それ以来、高エネルギー密度と高安全性の利点により、リチウムイオン電池はずっと急いでおり、他の二次電池をすぐに置き去りにしています。 10年余りで、リチウムイオン電池は家電製品を完全に占有しました。市場は電気自動車の分野に拡大し、輝かしい成果を上げています。

しかし、二次電池の開発は終わりのない競争です。バッテリーの比エネルギー指数が上昇し続けると、従来のリチウムイオンバッテリーはもはや新しい需要を満たすことができなくなります。バッテリーの比エネルギーをさらに向上させるために、Goodenoughは90年以上前のものです。全固体電池にも目を向けました。全固体電池は、従来のリチウムイオン電池の液体電解質をイオン伝導性のある固体に置き換え、固体電解質は強度が高く、金属リチウム負極の使用を可能にし、リチウムイオン電池が比エネルギーを増加させるのに十分なエネルギー。スペース。 10年以上の開発を経て、固体電解質は、セラミック酸化物電解質、硫化物電解質、ポリマー電解質など、さまざまなタイプも開発してきました。パフォーマンスも大幅に向上しました。一部のセラミック酸化物電解質の室温イオン伝導度は、液体電解質に匹敵し、すべての全固体電池の適用を可能にします。テキサス大学オースティン校のGoodenoughの研究室では、固体電解質を使用した全固体電池を開発しました。この電池は、優れた電気化学的性能を維持し、長期間のサイクリング中にリチウムデンドライトを生成しません。 Goodenoughは、全固体電池技術が徐々に成熟するにつれて、電気自動車が従来の内燃機関に取って代わり、化石エネルギーの消費を削減するように推進されると考えています。

老人は叫んでいて、千マイルを目指しています。殉教者の老後は圧倒的です。グッドイナフは96歳の時も科学研究の最前線で戦っています。若い世代の私たちはどうやってリラックスできるでしょうか。最後に、Goodenoughに再び敬意を表します。

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