Akumulatory litowo-jonowe, jak i ich kuzyni sodowo-jonowi, charakteryzują się przede wszystkim tym, że elektrolit będący medium do przenoszenia jonów jest stanu ciekłego. Ze względów bezpieczeństwa nie jest to najlepsze rozwiązanie, ponieważ takie układy łatwo mogą ulec przegrzaniu i samozapłonowi.
Czytaj też: Nadchodzi legendarny następca akumulatorów. Nie tylko dostarczy energię, ale zrobi coś jeszcze
Naukowcy z dwóch australijskich uczelni – Uniwersytetu Deakin i Uniwesytetu Monash – przyjrzeli się z bliższa temu, co się dzieje na granicy faz pomiędzy ciekłym elektrolitem a stałą katodą. Podczas użytkowania akumulatorów powstaje w tym miejsce specyficzna interfaza, która okazuje się być wysoce niestabilna. Mieszanina na granicy elektroda-elektrolit powoduje nieustanne zużywanie się elektrolitu oraz nierównomierne osadzanie się metali, w tym drzewkowatych dendrytów.
Interfaza katoda-elektrolit nie musi być problemem w konstrukcji akumulatorów
O pojawianiu się interfazy na powierzchni katody wiadomo było od samego początku pracy nad bateriami. Ewentualnym problemom zapobiegano m.in. poprzez dobór odpowiednich elektrolitów. Niestety do tej pory żaden zespół badawczy nie sprawdzał, czy istnieje jakaś możliwość udoskonalenia samej katody. Australijscy uczeni byli pierwsi. O swoich badaniach napisali w Energy & Environmental Science.
Za pomocą narzędzi teoretycznych i empirycznych wykazali, że struktura interfazy katoda-elektrolit oraz przebieg granicy pomiędzy dwoma elementami akumulatorów w dużej mierze zależy od polaryzowalności elektrody. Ponadto zauważono, że elektrody niemetaliczne (np. w bateriach sodowo-jonowych) charakteryzują się słabymi siłami van der Waalsa i napotykają przez to na odpychanie elektrostatyczne.
Polaryzowalność elektrody jest na tyle ważnym czynnikiem, że w zależności od niej powinno się projektować różne protokoły dla cykli akumulatorów określające natężenie prądu i napięcie. Do tej pory ten aspekt był zazwyczaj pomijany przy konstruowaniu tych urządzeń elektrochemicznych.
Czytaj też: Tego rywala akumulatorów litowych nic już nie zatrzyma. Nowy rynek baterii rośnie jak szalony
Odkrycie australijskich naukowców może znacznie polepszyć funkcjonowanie akumulatorów. Ale nie tylko. Autorzy badań dodają, że może to pomóc w innych celach, gdzie potrzebne jest wytworzenie nowych substancji chemicznych za pomocą elektrokatalizy lub odzyskanie konkretnych metali z odpadów.
