Στο δεύτερο από τα τρία επεισόδια θα ανακαλύψουμε πώς η κρίση πετρελαίου της δεκαετίας του '70 γέννησε … μπαταρίες λιθίου, επίσης χάρη σε λίγη τύχη. Η σε βάθος ανάλυση του Luca Longo
Στο τελευταίο επεισόδιο περιγράψαμε τι συμβαίνει σε μια κανονική μπαταρία ή πώς η ηλεκτρική ενέργεια αποθηκεύεται με τη μορφή χημικής ενέργειας και στη συνέχεια απελευθερώνεται ξανά με τη μορφή ενέργειας κατόπιν ζήτησης.
Στις μπαταρίες λιθίου, όταν η μπαταρία αποφορτιστεί, τα ηλεκτρόνια παρασύρονται από το θετικό ηλεκτρόδιο, κατασκευασμένο από οξείδιο του λιθίου και κοβάλτιο. Εν τω μεταξύ, τα θετικά φορτισμένα ιόντα λιθίου που έχουν συσσωρευτεί στην άνοδο (από άνθρακα) αποκολλώνται και κινούνται μέσα στην μπαταρία περνώντας από τη μεμβράνη, φτάνοντας στην κάθοδο και παραμένουν εδώ με τη μορφή λιθίου συνδεδεμένου με το οξείδιο του κοβαλτίου περιμένοντας να φορτίσουμε την μπαταρία.
Όταν μπορούμε τελικά να συνδέσουμε την μπαταρία σε μια πρίζα, αποσυνδέουμε το λίθιο από το οξείδιο του κοβαλτίου της καθόδου και το μεταφέρουμε μέσω της ημιδιαπερατής μεμβράνης στην άνοδο, όπου συνδέεται ξανά με τον άνθρακα. Σε αυτό το σημείο, ολόκληρη η συσκευή είναι έτοιμη για έναν ακόμη γύρο, δηλαδή έναν άλλο κύκλο φόρτισης και εκφόρτισης.
Stanταν ο Stanley Whittingham, τον οποίο είχε προσλάβει η Exxon για να δουλέψει στις μπαταρίες κατά τη διάρκεια της κρίσης πετρελαίου, που σκέφτηκε να χρησιμοποιήσει το λίθιο λόγω της ευκολίας με την οποία δίνει ηλεκτρόνια. Πράγματι, στην πραγματικότητα, ο ίδιος παραδέχεται ότι έφτασε εκεί τυχαία ενώ μελετούσε νέα υλικά για υπεραγωγούς με βάση το δισουλφίδιο του τανταλίου.
Μεταξύ 1972 και 1976, ο Whittingham εφευρίσκει μια μπαταρία όπου ο αρνητικός πόλος είναι κατασκευασμένος από μεταλλικό λίθιο. Ενώ για το θετικό πόλο επιλέγει το δισουλφίδιο του τιτανίου, μια ένωση που μέσα στο κρυστάλλινο πλέγμα της μπορεί να φιλοξενήσει άνετα ιόντα λιθίου όπως το δισουλφίδιο ταντάλιου, αλλά που είναι πολύ ελαφρύτερο και κυρίως … πολύ λιγότερο ακριβό.
Βρείτε εδώ το διάγραμμα της μπαταρίας του Whittingham που έχει ληφθεί (όπως τα παρακάτω) από τον ιστότοπο της Βασιλικής Σουηδικής Ακαδημίας Επιστημών.
Σε αυτό το σημείο, η ιστορία των μπαταριών λιθίου επιβραδύνεται για δύο λόγους. Το πρώτο είναι ότι η πετρελαϊκή κρίση τελειώνει, η τιμή ανά βαρέλι πέφτει ξανά και η Exxon επιστρέφει για να επικεντρωθεί κυρίως στο πετρέλαιο.
Ο δεύτερος λόγος είναι περισσότερο… τεχνικός. Στην πραγματικότητα, κατά τη διάρκεια των κύκλων φόρτισης, τα άτομα του λιθίου που επιστρέφουν στην άνοδο αφού έχουν ανακτήσει ευτυχώς το ηλεκτρόνιο τους στην κάθοδο, δεν έχουν κανένα λόγο να επιστρέψουν στην ίδια ακριβώς θέση που προηγουμένως καταλάμβαναν στην άνοδο. Αρκεί να εγκατασταθεί στην εξωτερική του επιφάνεια.
Τα επόμενα άτομα, ακόμη πιο τεμπέλη, αντί να φτάσουν στην άνοδο, εγκαθίστανται στα πρώτα και έπειτα σε αυτά που έρχονται μετά τα προηγούμενα για να δημιουργήσουν μεταλλικά νήματα που οι ερευνητές αποκαλούν μουστάκια γάτας.
Όταν αυτά τα vibrissae, γίνονται όλο και μεγαλύτερα, αγγίζουν την κάθοδο, η μπαταρία βραχυκυκλώνεται και το μέταλλο λιθίου… εκρήγνυται. Το οποίο είναι πολύ δυσάρεστο αν συμβεί μέσα στο smartphone μας ή, χειρότερα, κάτω από το χαλί του ηλεκτρικού μας αυτοκινήτου.
Οι έρευνες του Whittingham σταματούν όταν ο τοπικός πυροσβεστικός σταθμός – αφού κλήθηκε δεκάδες φορές για να σταματήσει τις πυρκαγιές – απειλεί το εργαστήριο να χρεώσει τους ειδικούς πυροσβεστήρες που χρειάζονται για να σβήσουν το μέταλλο λιθίου.
Εδώ έρχεται ο John B. Goodenough στην ιστορία μας. Σκεφτείτε ότι ως παιδί είχε προβλήματα να μάθει να διαβάζει, έτσι αποφάσισε να επικεντρωθεί σε αριθμούς … και από εδώ να γίνει καθηγητής φυσικής στην Οξφόρδη ήταν ένα μικρό βήμα. Τουλάχιστον για αυτόν.
Με την ερευνητική του ομάδα, ο Goodenough συνέχισε την έρευνα που εγκατέλειψε ο Whittingham και το 1980 αντικατέστησε το δισουλφίδιο τιτανίου στην κάθοδο με οξείδιο κοβαλτίου. Με αυτόν τον τρόπο, όχι μόνο είναι δυνατή η κατασκευή μπαταριών στην αποφορτισμένη τους κατάσταση και στη συνέχεια η φόρτισή τους, ενώ το μοντέλο Exxon έπρεπε να κατασκευαστεί ήδη σε κατάσταση φόρτισης, αλλά κυρίως αυξάνει τη διαφορά δυναμικού μεταξύ των δύο πόλων της μπαταρίας , διπλασιάζοντάς το από τα 2 Volt του μοντέλου. του Whittingham στα 4 Volts. 
Αλλά σε αυτό το σημείο της ιστορίας μας η τιμή του πετρελαίου πέφτει ξανά και το ενδιαφέρον για την ηλεκτρική ενέργεια μειώνεται επίσης στη Δύση.
Στο επόμενο και τελευταίο επεισόδιο: πώς φτάσαμε στις μέρες μας;
(Εκτεταμένη έκδοση άρθρου δημοσιευμένη στο eni.com )
Αυτή είναι μια αυτόματη μετάφραση μιας ανάρτησης που δημοσιεύτηκε στο Start Magazine στη διεύθυνση URL https://www.startmag.it/energia/batterie-litio-evoluzione-2/ στις Sat, 21 Aug 2021 06:00:38 +0000.