Glasbatteri
Glasbatteriet är en typ av solid state - batteri . Den använder en glaselektrolyt och litium- eller natriummetallelektroder . _ Batteriet uppfanns av John B. Goodenough , uppfinnare av elektrodmaterialen för litiumkoboltoxid och litiumjärnfosfat som används i litiumjonbatteriet (Li-ion), och Maria H. Braga , docent vid universitetet i Porto och en senior forskare vid Cockrell School of Engineering vid University of Texas .
Uppsatsen som beskriver batteriet publicerades i Energy & Environmental Science i december 2016; ett antal uppföljande arbeten har också publicerats sedan [ citat behövs ] . Hydro-Québec forskar om batteriet för möjlig produktion.
Glaselektrolytforskning
I september 2016 beviljades Iowa State University 1,6 miljoner USD för att utveckla nya litiumjonledande glasartade fasta elektrolyter. I augusti 2019 tillkännagavs att GM tilldelades 2 miljoner USD av USA:s energidepartement för forskning om den "grundläggande förståelsen av gränssnittsfenomen i solid-state-batterier" och "varmpressning av förstärkta hel-solid-state-batterier med sulfidglaselektrolyt."
Skepsis
Den första publiceringen i december 2016 möttes av stor skepsis av andra forskare inom batteriteknik, varav flera noterade att det är oklart hur en batterispänning erhålls med tanke på att rent metalliskt litium eller natrium finns på båda elektroderna, vilket inte borde ge någon skillnad i elektrokemisk potential och ger därför ingen cellspänning . All energi som lagras eller frigörs av batteriet skulle därför bryta mot termodynamikens första lag . Goodenoughs höga rykte var dock tillräckligt för att avskräcka den starkaste kritiken, och Daniel Steingart från Princeton University kommenterade: "Om någon utom Goodenough publicerade det här, skulle jag vara, ja, det är svårt att hitta ett artigt ord." En formell kommentar publicerades av Steingart och Venkat Viswanathan från Carnegie Mellon University in Energy & Environmental Science .
Goodenough svarade på skepsisen och sa: "Svaret är att om det litium som är pläterat på katodströmkollektorn är tillräckligt tunt för att dess reaktion med strömkollektorn ska få sin Fermi-energi sänkt till strömkollektorns Fermi-energi, litiumanoden är högre än den för den tunna litiumplätering på katodströmkollektorn. " Goodenough fortsatte med att säga i en senare intervju med Slashdot att litiumpläteringen på katoden är "i storleksordningen en mikron tjock".
Goodenoughs svar har dragit ytterligare skepsis från Daniel Steingart och även Matthew Lacey vid Uppsala universitet , som påpekar att denna underpotentiella depositionseffekt endast är känd för extremt tunna lager ( monolager ) av material. Lacey noterar också att den ursprungliga publikationen inte nämner någon gräns för tjockleken på litiumpläteringen på katoden, utan istället anger motsatsen: att cellens kapacitet "bestäms av mängden alkalimetall som används som anod".
Konstruktion och elektrokemi
Batteriet, som rapporterats i den ursprungliga publikationen, är konstruerat med en alkalimetall ( litium- eller natriumfolie ) som negativ elektrod (anod), och en blandning av kol och en redoxaktiv komponent, som positiv elektrod (katod). Katodblandningen beläggs på kopparfolie . Den redoxaktiva komponenten är antingen svavel , ferrocen eller mangandioxid . Elektrolyten är ett starkt ledande glas bildat av litiumhydroxid och litiumklorid och dopat med barium , vilket möjliggör snabb laddning av batteriet utan att det bildas metalldendriter .
Publikationen anger att batteriet fungerar under urladdning genom att ta bort alkalimetallen från anoden och åter deponera den vid katoden, med batterispänningen bestämd av den redoxaktiva komponenten och batteriets kapacitet bestäms av mängden alkalimetallanod . Denna manövermekanism skiljer sig radikalt från insättningsmekanismen ( interkaleringsmekanismen ) för de flesta konventionella Li-ion-batterimaterial.
Under 2018 beskrevs en ny version av de flesta av samma författare i Journal of the American Chemical Society, där katoden är belagd med en speciell mjukgörare för att undvika sprickbildning i gränssnittet när olika material expanderar i olika hastigheter. Braga säger att det nya batteriet har dubbelt så mycket energitäthet som konventionella litiumjonbatterier och kan laddas 23 000 gånger. Kritiker påpekade flera extraordinära påståenden i tidningen, såsom en rekordhög relativ dielektricitetskonstant ; kanske högre än något material som registrerats, och en höjning av batteriets kapacitans under många laddningscykler, snarare än en minskning som vanligtvis är fallet med alla andra batteriteknologier. Tidningen var inte heller klart om batteriet kunde hålla sin laddning efter att det kopplats ur, vilket skulle klargöra om det verkligen är en ny batteriteknik, eller helt enkelt en kondensator. Braga svarade kritiker och sa "Data är data, och vi har liknande data från många olika celler, i fyra olika instrument, olika laboratorier, handskfack. Och i slutet av dagen lyser lysdioderna i dagar med en mycket liten mängd aktivt material efter att ha cyklat mer än 23 000 gånger".
Jämförelse med litiumjonbatterier
Braga och Goodenough uppgav att de förväntar sig att batteriet har en energitäthet som är många gånger högre än nuvarande litiumjonbatterier, samt ett driftstemperaturområde ner till -20 °C (-4 °F); mycket lägre än nuvarande solid state-batterier. Elektrolyten anges också ha ett brett elektrokemiskt fönster . Batteriets design är säkrare än litiumjonbatterier, eftersom användningen av en brandfarlig flytande elektrolyt undviks. Batteriet kan också tillverkas med lågkostnadsnatrium istället för litium.
Författarna hävdar att batteriet har en mycket kortare laddningstid än Li-ion-batterier - i minuter snarare än timmar. Författarna säger också att de testade stabiliteten hos gränssnittet alkalimetall/elektrolyt över 1 200 laddningscykler med låg cellresistans; specifikationen för Li-ion batterier är vanligtvis mindre än tusen.