Baterie litowo-jonowe, choć wykorzystywane obecnie w wielu urządzeniach elektronicznych, nie są bateriami idealnymi. Nie dość, że stwarzają ryzyko zapłonu, ich wydajność i pojemność szybko spadają. Mimo to, nie można ich w żaden sposób zastąpić – o potencjalnych bateriach nowej generacji słyszy się często, ale te wciąż nie są dopracowane na tyle, by mogły rzeczywiście wejść na rynek.
Na szczęście, naukowcy z Argonne National Laboratory (ANL), placówki badawczo rozwojowej prowadzonej przez Departament Energii Stanów Zjednoczonych, we współpracy z uczonymi z Hong Kong University of Science and Technology opracowali coś, co powinno wydłużyć żywot baterii litowo-jonowych oraz zwiększyć poziom ich bezpieczeństwa. Tym czymś jest specjalna powłoka pokrywająca katodę baterii.
Problem powłok ochronnych
Jak zaznaczają badacze z Argonne National Laboratory, ochronne powłoki katodowe są wykorzystywane w bateriach od ponad 15 lat, ale w bardzo ograniczonym stopniu. Te pokrywają z reguły tylko część zewnętrznej warstwy cząsteczek katody. Dlatego nie są efektywne, gdy bateria pracuje w towarzystwie wysokiej temperatury i wysokiego napięcia.
Gdy katoda ma do czynienia z wysokim napięciem, wytwarza tlen. Ten utlenia elektrolit i tworzy na katodzie niepożądaną membranę, która prowadzi do utraty energii. Wysokie temperatury ten proces dodatkowo przyspieszają, jeszcze mocniej obniżając wydajność baterii.
Nowe rozwiązanie – nowa wydajność
Nowa powłoka uczonych z Argonne National Laboratory, wykonana z polimeru o nazwie poli(3,4-etyleno-1,4-dioksytiofenu), w skrócie PEDOT, chroni każdą cząsteczkę katody przed wspomnianymi reakcjami. Jednocześnie ta wciąż pozwala na transport jonów i elektronów między katodą a anodą.
Powłoka wykonana z polimetu PEDOT pokrywa zarówno zewnętrzne, jak i wewnętrzne cząsteczki katody stosowanej w bateriach. Powłoka chroni katodę przed wchodzeniem w reakcje z elektrolitem, wydłużając żywotność akumulatora. | Źródło: Argonne National Laboratory
Jak donoszą badacze, za sprawą powłoki bateria litowo-jonowa może sprawnie funkcjonować w towarzystwie maksymalnego napięcia na poziomie do 4,6 V, zamiast standardowych 4,2 V. Ich zdaniem dzięki temu ceny akumulatorów powinny stać się niższe, zaś sama żywotność baterii wzrosnąć.
Mam nadzieję, że nowe rozwiązanie nie jest jednym z tych, które nigdy nie opuści laboratorium. Wykorzystanie powłoki w praktyce przyczyniłoby się bowiem do zwiększenia zasięgu elektrycznych samochodów i wydłużenia czasu pracy na baterii smartfonów czy laptopów.
Więcej na temat powłoki przeczytacie w czasopiśmie Nature, gdzie opublikowano pracę naukową na jej temat.
Źródło: Argonne National Laboratory, fot. tyt. Canva