કાર્યક્ષમતા, કિંમત અથવા સલામતીની બાબતોને ધ્યાનમાં લીધા વિના, અશ્મિભૂત ઉર્જાને બદલવા અને આખરે નવા ઉર્જા વાહનોના માર્ગને સાકાર કરવા માટે ઓલ-સોલિડ-સ્ટેટ રિચાર્જેબલ બેટરી એ શ્રેષ્ઠ પસંદગી છે.
LiCoO2, LiMn2O4 અને LiFePO4 જેવી કેથોડ સામગ્રીના શોધક તરીકે, ગુડનફ આ ક્ષેત્રમાં જાણીતા છે.લિથિયમ-આયન બેટરીઅને ખરેખર "લિથિયમ-આયન બેટરીના પિતા" છે.
નેચરઈલેક્ટ્રોનિક્સના તાજેતરના લેખમાં, જ્હોન બી. ગુડનફ, જેઓ 96 વર્ષના છે, રિચાર્જેબલ લિથિયમ-આયન બેટરીની શોધના ઈતિહાસની સમીક્ષા કરે છે અને આગળનો માર્ગ બતાવે છે.
1970 ના દાયકામાં, યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સમાં તેલ સંકટ ફાટી નીકળ્યું. તેલની આયાત પર તેની વધુ પડતી નિર્ભરતાને સમજીને, સરકારે સૌર અને પવન ઉર્જા વિકસાવવા માટે મોટા પ્રયાસો શરૂ કર્યા. સૌર અને પવન ઉર્જાની તૂટક તૂટક પ્રકૃતિને કારણે,રિચાર્જ કરવા યોગ્ય બેટરીઓઆખરે આ નવીનીકરણીય અને સ્વચ્છ ઉર્જા સ્ત્રોતોને સંગ્રહિત કરવા માટે જરૂરી હતા.
ઉલટાવી શકાય તેવું ચાર્જિંગ અને ડિસ્ચાર્જિંગની ચાવી એ રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાની વિપરીતતા છે!
તે સમયે, મોટાભાગની નોન-રિચાર્જેબલ બેટરીઓ લિથિયમ નેગેટિવ ઇલેક્ટ્રોડ અને ઓર્ગેનિક ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સનો ઉપયોગ કરતી હતી. રિચાર્જ કરી શકાય તેવી બેટરીઓ હાંસલ કરવા માટે, દરેક વ્યક્તિએ લિથિયમ આયનોને સ્તરીય સંક્રમણ મેટલ સલ્ફાઇડ કેથોડ્સમાં ઉલટાવી શકાય તેવું એમ્બેડ કરવા પર કામ કરવાનું શરૂ કર્યું. એક્ઝોનમોબિલના સ્ટેન્લી વ્હીટિંગહામે શોધ્યું કે કેથોડ સામગ્રી તરીકે સ્તરવાળી TiS2 નો ઉપયોગ કરીને ઇન્ટરકેલેશન રસાયણશાસ્ત્ર દ્વારા રિવર્સિબલ ચાર્જિંગ અને ડિસ્ચાર્જિંગ પ્રાપ્ત કરી શકાય છે, જેમાં ડિસ્ચાર્જ પ્રોડક્ટ LiTiS2 છે.
1976માં વિટિંગહામ દ્વારા વિકસિત આ કોષે સારી પ્રારંભિક કાર્યક્ષમતા હાંસલ કરી હતી. જો કે, ચાર્જિંગ અને ડિસ્ચાર્જિંગના અનેક પુનરાવર્તનો પછી, કોષની અંદર લિથિયમ ડેંડ્રાઈટ્સનું નિર્માણ થયું, જે નકારાત્મકથી હકારાત્મક ઈલેક્ટ્રોડમાં વધ્યું, શોર્ટ સર્કિટ બનાવે છે જે ઈલેક્ટ્રોલાઈટને સળગાવી શકે છે. આ પ્રયાસ, ફરીથી, નિષ્ફળતામાં સમાપ્ત થયો!
દરમિયાન, ગુડનફ, જેઓ ઓક્સફોર્ડમાં સ્થળાંતરિત થયા હતા, તે તપાસ કરી રહ્યા હતા કે માળખું બદલાય તે પહેલા સ્તરવાળી LiCoO2 અને LiNiO2 કેથોડ સામગ્રીમાંથી કેટલું લિથિયમ ડી-એમ્બેડ કરી શકાય છે. અંતે, તેઓએ કેથોડ સામગ્રીમાંથી અડધા કરતાં વધુ લિથિયમનું ઉલટાવી શકાય તેવું ડી-એમ્બેડિંગ પ્રાપ્ત કર્યું.
આ સંશોધને આખરે AsahiKasei ના અકીરા યોશિનોને પ્રથમ તૈયાર કરવા માર્ગદર્શન આપ્યુંરિચાર્જ કરવા યોગ્ય લિથિયમ-આયન બેટરી: LiCoO2 હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ તરીકે અને ગ્રાફિક કાર્બન નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ તરીકે. સોનીના સૌથી પહેલા સેલ ફોનમાં આ બેટરીનો સફળતાપૂર્વક ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો.
ખર્ચ ઘટાડવા અને સલામતી સુધારવા માટે. ઈલેક્ટ્રોલાઈટ તરીકે નક્કર સાથેની ઓલ-સોલિડ રિચાર્જેબલ બેટરી ભવિષ્યના વિકાસ માટે મહત્વપૂર્ણ દિશા જણાય છે.
1960 ના દાયકાની શરૂઆતમાં, યુરોપિયન રસાયણશાસ્ત્રીઓએ લિથિયમ આયનોને સ્તરીય સંક્રમણ મેટલ સલ્ફાઇડ સામગ્રીમાં ઉલટાવી શકાય તેવું એમ્બેડિંગ પર કામ કર્યું. તે સમયે, રિચાર્જ કરી શકાય તેવી બેટરીઓ માટે પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ મુખ્યત્વે મજબૂત એસિડિક અને આલ્કલાઇન જલીય ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ જેમ કે H2SO4 અથવા KOH હતા. કારણ કે, આ જલીય ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સમાં, H+ સારી પ્રસારતા ધરાવે છે.
તે સમયે, કેથોડ સામગ્રી તરીકે સ્તરવાળી NiOOH અને ઇલેક્ટ્રોલાઇટ તરીકે મજબૂત આલ્કલાઇન જલીય ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સાથે સૌથી વધુ સ્થિર રિચાર્જેબલ બેટરીઓ બનાવવામાં આવી હતી. h+ ને Ni(OH)2 બનાવવા માટે સ્તરવાળી NiOOH કેથોડમાં ઉલટાવી શકાય તેવું એમ્બેડ કરી શકાય છે. સમસ્યા એ હતી કે જલીય ઇલેક્ટ્રોલાઇટ બેટરીના વોલ્ટેજને મર્યાદિત કરે છે, જેના પરિણામે ઊર્જાની ઘનતા ઓછી થાય છે.
1967માં, ફોર્ડ મોટર કંપનીના જોસેફ કુમર અને નીલવેબરે શોધ્યું કે Na+ 300°Cથી ઉપરના સિરામિક ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સમાં સારી પ્રસરણ ગુણધર્મો ધરાવે છે. ત્યારબાદ તેઓએ Na-S રિચાર્જેબલ બેટરીની શોધ કરી: નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ તરીકે પીગળેલા સોડિયમ અને હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ તરીકે કાર્બન બેન્ડ ધરાવતા પીગળેલા સલ્ફર. પરિણામે, તેઓએ Na-S રિચાર્જેબલ બેટરીની શોધ કરી: નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ તરીકે પીગળેલું સોડિયમ, હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ તરીકે કાર્બન બેન્ડ ધરાવતું પીગળેલું સલ્ફર અને ઇલેક્ટ્રોલાઇટ તરીકે ઘન સિરામિક. જો કે, 300°C ના ઓપરેટિંગ તાપમાને આ બેટરીનું વ્યાપારીકરણ કરવું અશક્ય બની ગયું.
1986માં, ગુડનફને NASICON નો ઉપયોગ કરીને ડેંડ્રાઈટ જનરેશન વગરની ઓલ-સોલિડ-સ્ટેટ રિચાર્જેબલ લિથિયમ બેટરીનો અનુભવ થયો. હાલમાં, NASICON જેવા સોલિડ-સ્ટેટ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ પર આધારિત ઓલ-સોલિડ-સ્ટેટ રિચાર્જેબલ લિથિયમ અને સોડિયમ બેટરીનું વ્યાપારીકરણ કરવામાં આવ્યું છે.
2015 માં, યુનિવર્સિટી ઓફ પોર્ટોના મારિયાહેલેના બ્રાગાએ પણ લિથિયમ અને સોડિયમ આયન વાહકતા સાથે ઇન્સ્યુલેટીંગ છિદ્રાળુ ઓક્સાઇડ સોલિડ ઇલેક્ટ્રોલાઇટનું નિદર્શન કર્યું જે હાલમાં લિથિયમ-આયન બેટરીમાં વપરાતા કાર્બનિક ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સની તુલનામાં છે.
ટૂંકમાં, કાર્યક્ષમતા, કિંમત અથવા સલામતીની બાબતોને ધ્યાનમાં લીધા વિના, અશ્મિભૂત ઉર્જાને બદલવા અને આખરે નવા ઉર્જા વાહનોના માર્ગને સાકાર કરવા માટે ઓલ-સોલિડ-સ્ટેટ રિચાર્જેબલ બેટરી એ શ્રેષ્ઠ પસંદગી છે!
પોસ્ટ સમય: ઓગસ્ટ-25-2022