Niemieccy naukowcy z Instytutu Technologii w Karlsruhe opublikowali na łamach Advanced Energy Materials wyniki badań nad procesem powstawania warstwy pasywnej w akumulatorach litowo-jonowych. Ich odkrycie przysłuży się na pewno w opracowywaniu jeszcze lepszych „baterii przyszłości”. Na czym dokładnie badacze się skupili?
Czytaj też: Te „baterie” zastąpią klasyczne akumulatory. Nie tylko przebijają konkurencję ceną, ale i mocą
O ważnej roli akumulatorów litowo-jonowych w dzisiejszym świecie nie trzeba wiele mówić. Minie jeszcze kilka (lub kilkanaście ) lat, zanim dopiero pożegnamy się z dominacją tej technologii. Akumulatory tego typu wciąż jednak mają wiele niedoskonałości. Niemieccy badacze biorą udział w europejskim programie badawczym BATTERY 2030+, w ramach którego opracowują nowe pokolenie akumulatorów – bezpiecznych, tańszych, trwalszych i zrównoważonych. Ich odkrycie zdaje się spełniać wszystkie te warunki.
Naukowcy z Karlsruhe skupili na tym, w jaki sposób powstaje warstwa pasywna, zwana w ich pracy „interfazą elektrolitu stałego” (SEI). Jest to cienka warstewka występująca na powierzchni elektrody (w tym badaniu wzięto pod uwagę tylko anodę) – pojawia się podczas pierwszego przyłożenia napięcia.
Baterie przyszłości z lepszymi parametrami. Warstwa pasywna nie będzie już problemem
Warstwa pasywna między innymi zapobiega korozji. Ponadto ma kluczowe znaczenie dla zachowania wysokiej pojemności elektrochemicznej i długiej żywotności akumulatora. Mając dodatkową wiedzę na temat kontroli wzrostu warstwy pasywnej, możemy projektować jeszcze lepsze „baterie”.
Czytaj też: Baterie cynkowo-jonowe jako bezpieczniejsza alternatywa dla litowo-jonowych? Teraz jest to możliwe
Badacze przeprowadzili imponującą liczbę symulacji reakcji chemicznych w różnych warunkach. Było ich 50 tysięcy. Na tej podstawie odkryli oni, w jaki sposób powstaje SEI, co opisali w artykule naukowym:
Organiczna SEI tworzy się i rośnie na ścieżce, w której pośredniczy roztwór. Reakcja zachodzi poprzez agregację prekursorów SEI z dala od powierzchni w procesie zarodkowania. Późniejszy szybki wzrost tych jąder prowadzi do powstania porowatej warstwy, która ostatecznie pokrywa całą powierzchnię.
Najważniejsze, co przyniosło badanie niemieckich uczonych, to fakt, że zidentyfikowali oni parametry reakcji, które są odpowiedzialne za grubość warstwy pasywnej. Jest to swoisty „kamień filozoficzny”, ponieważ coś, co było do niedawna pewnym efektem losowym w strukturze akumulatorów, teraz może być projektowane przez człowieka. Chociaż o pełnej kontroli nad reakcjami elektrochemicznymi w akumulatorze jeszcze nie ma mowy, to jesteśmy o krok bliżej do osiągnięcia tego celu.
