Tyle pomysłów, że aż trudno nadążyć. Jak naukowcy chcą ulepszyć akumulatory?
Akumulatory nowej generacji to temat powracający jak bumerang od wielu lat i słusznie, bo najwyraźniej to na nich ludzkość oprze swoją przyszłość. Aktualnie producenci na całe szczęście produkują już nie tylko typowe akumulatory litowo-jonowe, a naukowcy nadal rozwiązują problemy tych obiecujących rozwiązań i połączeń. Wśród nich znajdują się od dłuższego czasu krzemowe anody, które (na papierze) obiecują jeszcze wyższą trwałość i pojemność akumulatorów. Tyle tylko, że dręczy je nieodwracalne wyczerpywanie się jonów litu, stanowiące poważne ograniczenie dla rozwoju akumulatorów litowo-jonowych nowej generacji.
Czytaj też: Albo rybki, albo akwarium. Badacze stworzyli nowy akumulator bez litu, ale jest haczyk
Nauka jest jednak w stanie znaleźć rozwiązanie każdego problemu i nie inaczej jest tym razem. Naukowcy z Rice University właśnie to udowodnili, czego szczegóły przedstawiono w publikacji w dzienniku ACS Applied Energy Materials. Przeczytacie w niej o nowej metodzie poprawy wydajności akumulatorów litowo-jonowych z anodami krzemowymi poprzez powlekanie ich stabilizowanymi cząsteczkami litowo-metalowymi (SLMP) i środkiem powierzchniowo czynnym. Wszystko po to, aby ograniczyć rozszerzanie się warstwy SEI (warstwy międzyfazowej stałego elektrolitu) na krzemowej anodzie, która powstaje w toku użytkowania akumulatora.
Czytaj też: Mroczna strona wydobycia litu. Przez nasze akumulatory cierpieć będą i ludzie, i natura
Z jednej strony warstwa ta jest korzystna, bo zapobiega dalszemu rozkładowi elektrolitu i stabilizuje sam interfejs anoda/elektrolit, ale z drugiej strony pochłania w tym procesie lit oraz zwiększa wewnętrzne opory prądu. To z kolei zmniejsza dostępną pojemność i gęstość mocy akumulatora, co następuje nie jednorazowo, ale wielokrotnie, bo SEI może pękać lub łuszczyć się z powodu zmian objętości anody podczas ładowania i rozładowywania. To z kolei powoduje odsłonięcie świeżej powierzchni anody i kolejny cykl pochłaniania litu na rzecz formowania SEI.
Czytaj też: Ciężarówki elektryczne tej firmy dostaną przełomowy akumulator. Tesla Semi może się schować
Wspomniane potraktowanie anod nowymi środkami w pewnym stopniu ogranicza ten proces, a tym samym rozszerza żywotność akumulatora o od 22 do 44 procent, czyli znacznie względem ogniw pozbawionych tak przygotowanych anod. Pamiętajmy, że samo zastosowanie krzemowych anod w miejscu tych obecnych, czyli grafitowych, jest w stanie znacznie zwiększyć gęstość energii akumulatorów litowo-jonowych, a więc to, jak wiele energii mogą przechowywać w danej objętości. Jest to więc w stanie pociągnąć za sobą zarówno wagę, jak i wielkość pakietu akumulatorów przy zachowaniu tej samej pojemności, a tym samym przełożyć się pozytywnie na sam zasięg. Nie wiadomo jednak jeszcze nic o tym, czy to rozwiązanie naukowców kiedykolwiek przebije się do masowej produkcji, stając się jednym z filarów akumulatorów nowej generacji.