O tym wyjątkowym rozwiązaniu przedstawiciele Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences piszą na łamach Nature Materials. Jak przekonują, ich akumulator może przetrwać co najmniej 6000 cykli ładowania, co jest najlepszym rezultatem wśród baterii z elektrolitem stałym.
Czytaj też: Tajemniczy stan skupienia materii. Naukowcy odnaleźli go w bardzo ekstremalnych obiektach
Poza tym publikacja opisuje, jak można wytwarzać takie akumulatory wyposażone w anodę litowo-metalową i pozwala na lepsze zrozumienie materiałów stosowanych w całej konstrukcji. Gra toczy się o wielką stawkę, wszak baterie wyposażone w anody litowo-metalowe cechują się 10-krotnie wyższą pojemnością niż ma to miejsce w przypadku komercyjnych anod grafitowych.
Poza tym dzięki ich implementacji dałoby się w odczuwalny sposób zwiększyć zasięg pojazdów elektrycznych. Za sprawą postępów naukowców z SEAS świat jest co najmniej o krok bliżej od zastosowań przemysłowych i komercyjnych tego typu baterii. Bardzo ważnym ograniczeniem dotyczącym tych urządzeń było do tej pory powstawanie dendrytów na powierzchni anody. Takie struktury zwiększają ryzyko pojawienia się uszkodzeń, a nawet ognia, co znacząco obniżało wydajność i bezpieczeństwo akumulatorów.
Do powstawania dendrytów dochodzi za sprawą transportu jonów z katody do anody w procesie ładowania. Osadzając się na powierzchni anody, dendryty negatywnie wpływają na działanie akumulatorów. Jednym z rozwiązań tego problemu miało być wykorzystanie wielu warstw oraz materiałów umieszczonych między katodą i anodą. Autorzy nowych badań postawili natomiast na mikronowe cząsteczki krzemu w anodzie, co pozwala na pokrywanie grubą warstwą litu.
Akumulatory wyposażone w anody litowo-metalowe mają obniżone ryzyko tworzenia się struktur zwanych dendrytami
Stosując cukierniczą analogię, główny autor badań wyjaśnia, iż lit zostaje owinięty wokół cząsteczki krzemu niczym twarda czekoladowa skorupa wokół rdzenia orzecha laskowego w czekoladowej trufli. W takich okolicznościach powstaje jednorodna powierzchnia, na której gęstość prądu jest równomiernie rozłożona, co przeciwdziała tworzeniu się dendrytów. Wpływa to na tempo ładowania, ponieważ bateria może zostać naładowana w ciągu zaledwie dziesięciu minut.
Czytaj też: Chiny grzebią w akumulatorach i nieźle im idzie. Czy to ostatnia prosta do wielkiego przełomu?
W obecnej formie ogniwa mają wielkość znaczka pocztowego, co może nie wydaje się imponującym rozmiarem, ale wciąż od 10 do 20 razy większym niż w przypadku konkurencyjnych projektów. Po 6000 cykli urządzenie zachowało 80% pierwotnej pojemności, również górując nad konkurencją. Pozostaje nam czekać na zwiększenie rozmiarów oraz ocenę możliwości produkcji takich akumulatorów na komercyjną skalę. Wtedy to będzie można rozpocząć dyskusję na temat potencjalnych zastosowań tego typu technologii. Z pewnością byłaby mowa o ich wykorzystaniu w elektrycznych samochodach, które cierpią między innymi ze względu na ograniczony zasięg jazdy na jednym ładowaniu.
