Naukowcy z Uniwersytetu Maryland odkryli prostą metodę znacznego wydłużenia żywotności akumulatorów litowo-jonowych – kluczowej technologii, która zasila wszystko, od smartfonów po pojazdy elektryczne. Sekret tkwi w niewielkiej regulacji chemicznej, która sprzyja tworzeniu się warstwy ochronnej na katodzie akumulatora, co wcześniej uważano za niezwykle trudne.
Problem z akumulatorami litowo-jonowymi
Baterie litowo-jonowe z biegiem czasu ulegają degradacji w wyniku rozkładu chemicznego w elektrolicie – cieczy umożliwiającej przemieszczanie się jonów pomiędzy elektrodami. Obecnie na anodzie ujemnej w sposób naturalny tworzy się warstwa ochronna, która ją stabilizuje. Jednak katoda dodatnia, pracująca w bardziej reaktywnych warunkach, tradycyjnie ulega degradacji szybciej, ponieważ elektrolit ulega zniszczeniu zanim może utworzyć się stabilna powłoka ochronna. Ogranicza to żywotność i wydajność baterii.
Rozwiązanie: kontrolowane niszczenie elektrolitu
Zespół kierowany przez Chongsheng Wanga wykorzystał reakcję zapożyczoną z chemii organicznej, aby „kierować” rozkładem elektrolitu. Zamiast przypadkowej degradacji, zmodyfikowany elektrolit rozkłada się w kontrolowany sposób, tworząc stabilną warstwę ochronną na katodzie. Warstwa ta chroni katodę przed dalszą degradacją, znacznie poprawiając żywotność.
„Kontrolując sposób rozkładu elektrolitu na poziomie molekularnym, byliśmy w stanie precyzyjnie kontrolować warstwę ochronną tworzącą się na katodzie” – wyjaśnia Xiyue Zhang, doktorant zaangażowany w projekt.
Możliwość dostosowania wydajności: moc a trwałość
Należy pamiętać, że to podejście nie jest rozwiązaniem uniwersalnym. Powstałą warstwę można dostosować. Grubsza warstwa oznacza lepszą ochronę i dłuższą żywotność, co idealnie sprawdza się w zastosowaniach, w których najważniejsza jest stabilność. Cieńsza warstwa pozwala na szybsze reakcje elektrochemiczne, maksymalizując moc i wydajność energetyczną. Ta elastyczność oznacza, że akumulatory można zoptymalizować pod kątem konkretnych potrzeb.
Prawdziwe konsekwencje
Eksperci uważają, że to dostosowanie można łatwo zintegrować z istniejącymi procesami produkcji akumulatorów. Michel Armand z CIC energiGUNE, centrum badań nad magazynowaniem energii w Hiszpanii, kładzie nacisk na stosowanie „ugruntowanych procedur chemicznych”, sugerując, że bezpieczeństwo i skalowalność nie powinny stanowić głównych barier.
Dokładny wzrost żywotności baterii nie zostanie ustalony w drodze dalszych testów, ale Wang jest optymistą. „Jest to stosunkowo prosta modyfikacja istniejących akumulatorów” – przekonuje, sugerując realistyczną ścieżkę do przyjęcia na poziomie konsumenckim po dokładnej ocenie bezpieczeństwa.
To chemiczne ulepszenie stanowi prosty, ale potencjalnie transformacyjny krok w kierunku trwalszego i wydajnego magazynowania energii, eliminując kluczowe ograniczenia obecnej technologii litowo-jonowej.
