Realizacją tego zadania zajęli się naukowcy z Pennsylvania State University, którzy zaprezentowali swoje wnioski na łamach Carbon. Kluczowym efektem przeprowadzonych badań okazuje się zaproponowane nowe podejście do produkcji takich baterii, które dzięki wprowadzonym innowacjom powinny okazać się wydajniejsze i wykazujące się dłuższą żywotnością.
Czytaj też: Fatalna pomyłka w sprawie akumulatorów. Zapomniano o czymś, co naprawdę wpływa na baterie
Jeśli plany dotyczące zastępowania pojazdów z silnikami spalinowymi autami elektrycznymi mają zostać zrealizowane, to potrzebne będzie uporanie się z trudnościami pokroju wolnego ładowania akumulatorów czy też stosunkowo szybkiego ich rozładowywania, co przekłada się na ograniczony zasięg takich samochodów. Z kolei przechodzenie z paliw kopalnych na odnawialne źródła energii wymaga sposobów na długotrwałe magazynowanie produkowanej w ten sposób energii.
Gra toczy się więc o dużą stawkę, co wyjaśnia, dlaczego inżynierowie z różnych części świata pracują nad własnymi rozwiązaniami. W przypadku elektrycznych pojazdów, chcąc zwiększać ich zasięg, można dodać akumulatory z gęstszymi i grubszymi elektrodami. Pomimo potencjalnego obniżenia wydajności akumulatora w przeliczeniu na wagę elektrody, taka metoda prowadzi do poprawy ogólnej wydajności pojazdu, co wynika ze spadku wagi zestawu baterii.
Akumulatory przyszłości mogłyby być wykorzystywane między innymi w motoryzacji czy produkcji energii pochodzącej z odnawialnych źródeł
Jak wyjaśniają autorzy nowych badań, wśród wewnętrznych komponentów baterii tylko elektroda przekłada się na jej wydajność. Z tego względu inne części, na przykład opakowanie, separator czy kolektor prądu, są elementami pasywnymi. Innymi słowy, nie wpływają one na wydajność, ale mogą zwiększać wagę. Z tego względu warto jest skupić się na wydajności elektrod i maksymalizacji ich udziału w ogniwach.
Wyciągając wnioski płynące z poprzednich tego typu eksperymentów, naukowcy ze Stanów Zjednoczonych postawili na zwiększenie grubości elektrod, aby osiągnąć wyższą pojemność i gęstość magazynowania energii. Zależność jest prosta: grubsza elektroda może przechowywać więcej ładunków, dlatego pozwala na zmagazynowanie większych ilości energii. Z drugiej strony, pogarsza to ogólną wydajność, ponieważ osłabiony zostaje transport ładunków.
Czytaj też: Kto mówi, że samochody elektryczne tanieją, ten kłamie. Sprawdziłem, o ile wzrosły ceny od zeszłego roku
Szukając złotego środka, członkowie zespołu próbowali połączyć ze sobą optymalną wydajność powierzchniową, objętościową i grawimetryczną. Wykorzystali w tym celu metodę nakładania na elektrody procesu SPS. Jest to energooszczędna technika, w przypadku której ciepło i ciśnienie służą do zagęszczania materiałów tak, aby przyjmowały formę na przykład elektrod. O ile przeciętnie mówi się o grubości od około 50 mikronów do 100 mikronów, tak w tym przypadku w grę wchodzą nawet rozmiary rzędu 300-500 mikronów.
Ostatecznie naukowcy byli w stanie uzyskać grubsze elektrody zdolne do szybkiego transportu ładunków. Powstałe w ten sposób akumulatory są kompaktowe i wydajne. W ramach dalszych badań dotychczasowi autorzy zamierzają zająć się procesem produkcji tych elektrod w skalowalny sposób i zbadanie innych strategii zmniejszenia udziału masy akumulatorów oraz zapewnienia większej przestrzeni akumulatorów w pojeździe.
