Naukowcy z Uniwersytetu Standforda przedstawili swoje najnowsze osiągnięcie, zbliżające do zbudowania anody z czystego litu. Użytkownicy przenośnego sprzętu elektronicznego często mają problemy ze zbyt krótkim działaniem baterii, skracającym zadowolenie z użytkowania tych urządzeń.
Badania prowadzone przez wiele ośrodków naukowych nad coraz doskonalszymi akumulatorami są jednymi z najważniejszych dziedzin, wyznaczających kierunek rozwoju nowych technologii, a wiadomo, że bez energii, żadne, nawet najdoskonalsze urządzenie działać nie będzie. W dobie mobilnej elektroniki i u progu rewolucji w motoryzacji, wielcy producenci zdają sobie z tego sprawę i nie szczędząc środków finansowych,a nawet zlecają placówkomnaukowym na całym świecie prace nad tym zagadnieniem. A Ci chętnie startują do wyścigu po nowe, cenne patenty. Jeśli uda się w praktyce zwiększyć pojemność baterii, np. czterokrotnie w stosunku do obecnej technologii, to byłoby to ekscytujące. Umożliwi to 2- lub 3-krotne wydłużenie żywotności baterii, lub budowę samochodu elektrycznego o zasięgu 500 km w cenie 25.000 dolarów. Znane doskonale z codziennego życia baterie litowo-jonowe składają się, podobnie jak większość baterii, z trzech podstawowych elementów: elektrolitu, anody i katody. Podczas ładowania, pozytywnie załadowane jony litu akumulowane są w negatywnie naładowanej anodzie – tworzonej dzisiaj najczęściej z krzemu lub węgla. Inżynierowie od lat zdają sobie sprawę z tego, że zbudowana z litu anoda pozwoliłaby na zwielokrotnienie możliwości baterii, dzięki nieporównywalnej z innymi materiałami zdolności gromadzenia ładunków. Problemw tym, że taka anoda podczas gromadzenia ładunków rozszerza się nierównomiernie, powodując w materiale szczeliny, przez które następnie uciekają cenne jony litu, tworząc dendryty, które z kolei powodują spięcia i szybko kończą żywot baterii. Drugim problemem jest wysoka reaktywność litowej anody z elektrolitem (szybkie jego zużycie), a trzecim ciepło wytworzone podczas ich kontaktu. Ostatni problem dał o sobie znać w ostatnich miesiącach, gdy najnowsze baterie w samochodach Tesla oraz w samolotach Dreamliner ulegały zapłonowi…
Idealna powłoka ochronna dla anody z litu musi być chemicznie stabilna, by uniemożliwić reakcje z elektrolitem oraz mechanicznie wytrzymała, by wytrzymać rozszerzanie litu podczas ładowania. Rozwiązanie przedstawione przez zespół naukowców z Uniwersytetu Stanforda to powłoka, którą twórcy nazwali nanosferami. Węglowa nanosfera przypomina plaster miodu i tworzy elastyczny, uniwersalny i niereaktywny filtr o grubości 20 nanometrów. Naukowcom udało się osiągnąć 99% wydajności kulombowskiej dla anody litowej przy 150 cyklach, co oznacza olbrzymi postęp w badaniach. Do 99,9% wydajności, kiedy baterie mogłyby zostać wprowadzone na rynek, jeszcze trochę brakuje, ale badacze są dobrej myśli i wierzą, że trochę pracy inżynierskiej i zastosowanie nowych elektrolitów pozwoli zrealizować praktyczną i stabilną litową anodę, która zasili akumulatory nowej generacji.
Źródło: phys.org
