Kulisy ostatnich badań, będących dziełem przedstawicieli południowokoreańskiego Pohang University of Science and Technology, zostały zaprezentowane na łamach Advanced Science. O ile najlepsze obecnie dostępne na rynku elektryki są w stanie przejechać na pojedynczym ładowaniu około 700 kilometrów, tak inżynierowie celują w osiągnięcie progu 1000 kilometrów. Aby to zobrazować, wystarczy dodać, że przy takim zasięgu możliwe byłoby odbycie podróży z Warszawy do Berlina i z powrotem.
Czytaj też: Następca akumulatorów litowych czeka za rogiem. Wynalazek nie jest z Chin i bardzo dobrze
Dlaczego dokonania naukowców z Korei Południowej miałyby być w tym kontekście tak przełomowe? Jak przekonują, udało im się zaprojektować opłacalny ekonomicznie i nieszkodliwy dla środowiska układ akumulatorów litowo-jonowych o wysokiej gęstości energii. Konstrukcja ta wykorzystuje mikrocząsteczki krzemu i żelowe elektrolity polimerowe, a zastosowanie takiego podejścia wiązało się ze zwalczeniem pewnych kluczowych ograniczeń.
Krzem stosowany w produkcji akumulatorów ma bowiem tendencję do rozszerzania się podczas ładowania. Może w takich okolicznościach urosnąć nawet trzykrotnie, by później skurczyć się do pierwotnego rozmiaru za sprawą rozładowywania. Ma to przełożenie na wydajność, choć jednym z rozwiązań ograniczających problem było stosowanie krzemu w rozmiarze nano. Niestety, proces produkcyjny jest rozbudowany i bardzo drogi, dlatego trudno jest sobie wyobrazić jego wdrożenie na praktyczną skalę.
Inżynierowie badający możliwości z zakresu rozwoju akumulatorów chcą, aby elektryki mogły pokonywać nawet 1000 kilometrów na jednym ładowaniu
Wyjściem z sytuacji jest zastosowanie krzemu w rozmiarze mikro, co pozwala na ograniczenie kosztów produkcji przy jednoczesnym wzroście gęstości energii. Niestety, nie jest to wyjście idealne, gdyż występują ograniczenia w stosowaniu takiego materiału w anodach. Członkowie zespołu badawczego chcieli się z tym uporać stosując żel polimerowy, którego zadaniem miało być usprawnienie przepływu jonów między katodą a anodą.
Wykorzystując wiązkę elektronów, autorzy stworzyli kowalencyjne połączenia między cząsteczkami mikrokrzemu i elektrolitami żelowymi. Za ich sprawą dochodzi co rozpraszania wewnętrznych naprężeń wywołanych wzrostem objętości. Jak się okazało, choć cząsteczki krzemu były 100-krotnie większe od zwykle stosowanych w anodach, to cechowały się wysoką wydajnością.
Czytaj też: Te akumulatory są Świętym Graalem dla elektryków. Ujawniono ich najgorszą wadę
Poza tym naukowcy zarejestrowali przewodność jonów podobną do spotykanej w zwyczajowo implementowanych akumulatorach wykorzystujących ciekłe elektrolity. Jednocześnie zmierzyli 40-procentowy wzrost gęstości energii. Bardzo ważny pozostaje przy tym fakt, iż zastosowany proces produkcyjny może być niemal natychmiast dostosowany do obecnego zapotrzebowania i wdrożony na masową skalę.
