Krótka historia akumulatorów litowo-jonowych
Trzej naukowcy przyczynili się do obecnej formy akumulatorów litowo-jonowych na własną rękę. Wszystko zaczęło się od naszego dzisiejszego bohatera, Stanleya Whittinghama z Binghamton University, który to położył podwaliny pod nie w latach 70. ubiegłego wieku. Dziesięć lat później drugi z naukowców, John Goodenough z University of Texas wymienił problematyczną katodę wczesnych projektów, znacząco poprawiając sprawność akumulatorów.
Czytaj też: Życie zwierząt mogło rozwinąć się dużo wcześniej niż dotychczas sądzono
Później Akira Yoshino z Osaka University stworzył na podstawie wcześniejszych opracowań pierwszy akumulator litowo-jonowy, który był wystarczająco stabilny i skuteczny, aby był opłacalny komercyjnie. Finalnie pierwsze komercyjne akumulatory tego typu weszły na rynek w 1991 roku, a dążenie do ich ulepszania trwa nadal. Co jednak najciekawsze, do jednych z najnowszych odkryć z nimi związanych przyczynił się wspominany twórca akumulatorów litowo-jonowych, Stanley Whittingham.
Ojciec akumulatorów litowo-jonowych właśnie znalazł sposób na ich ulepszenie
Jego zespół z State University of New York w Binghamton, Departamentu Energii i Oak Ridge National Laboratories, wpadł na pomysł rozwiązania największego problemu akumulatorów litowo-jonowych tuż po wyprodukowaniu, czyli spadku wydajności o 10-18% już po pierwszym cyklu ładowania. Ten spadek jest związany z zanieczyszczeniami na powierzchni katody z niklu, który, choć jest kluczem do wysokiej gęstości energetycznej, to jednocześnie jest niestabilny, przez co z czasem odpowiada za degradację pojemności akumulatora.
Czytaj też: Obejrzycie podwodny test bomby nuklearnej Mark 7, której moc jest skromna przy dzisiejszych wersjach
Chociaż trudno z niklowej katody zrezygnować, to naukowcy to właśnie zrobili, opracowując sposób na obejście jej bolączek. Postawili na nowy materiał katody w postaci NMC 811, czyli materiału niklowo-manganowo-kobaltowego, ale wzbogacony o specjalną obróbkę chemiczną z udziałem niobu. Więcej o tym przeczytacie w publikacji w dzienniku ACS Energy Letters.
Poprawa obserwowana w wydajności elektrochemicznej i stabilności strukturalnej sprawia, że modyfikowana niobem NMC 811 jest kandydatem na materiał katodowy do zastosowań o wyższej gęstości energii. Połączenie powłoki niobu z zastąpieniem atomów niobu atomami manganu może być lepszym sposobem na zwiększenie zarówno początkowej pojemności, jak i długoterminowej retencji pojemności. Te modyfikacje można łatwo skalować, korzystając z obecnych wieloetapowych procesów produkcyjnych materiałów NMC.– skomentował odkrycie Whittingham.
Czytaj też: Przewodnik i izolator w jednym, a to wszystko dzięki ciśnieniu
W testach wykazano, że atomy niobu ustabilizowały powierzchnie katody, doprowadzając do mniejszych strat w pierwszym cyklu ładowania, a na dodatek zaczęły wpływać na atomy manganu, usprawniając długoterminowe zachowanie pojemności. Prototyp zachował bowiem 93,2% pojemności po 250 cyklach ładowania.
