Od lat akumulatory litowo-metalowe uznaje się za te “nowej generacji”, które wyprą z rynku akumulatory litowo-jonowe i zapoczątkują energetyczną rewolucję. Jednak do tej pory nikt nie opracował prostego i skutecznego sposobu na uchronienie litowo-metalowych ogniw od szybkiej degradacji. Wytrzymałość i awaryjność wzrastające po każdym cyklu ładowania, to bowiem obecnie największe wady tego podejścia.
Czytaj też: Obejrzyj jak czołg zestrzeliwuje zagrażającą mu rakietę. Rosyjski T-72B3 w akcji
Wszystko sprowadza się do dendrytów, igiełkowatych struktur, które powstają podczas ładowania, kiedy to jony litu przemieszczają się między dwiema elektrodami baterii i gromadzą na anodzie. Te dendryty mogą przebić separator między elektrodami i spowodować zwarcie, ale walczyć jest o co, bo względem obecnie stosowanych akumulatorów litowo-jonowych te litowo-metalowe są w stanie przechowywać nawet 10 razy więcej energii.
Wytrzymałe litowo-metalowe akumulatory w zasięgu specjalnej anody
Naukowcy z Pacific Northwest National Laboratory ciągle rozwijają swoje pomysły na wytrzymałe litowo-metalowe akumulatory, które w ich laboratoriach przed czterema laty wytrzymywały 50 cykli ładowania, dwa lata temu 200 cykli, a dziś już aż 600. Stawia to je w rejonie rekordowych wyników i to wszystko dzięki specjalnej anodzie. Szczegóły na ten temat znajdziecie w opracowaniu w Nature Energy.
Czytaj też: Najszybsza desantowa łódź Iguana Pro szykuje się do debiutu
Naukowcy ponownie wzięli na celownik złożone reakcje zachodzące wokół anody, które kontroluje warstwa SEI (Solid Electrolyte Interphase), odpowiadając za przemieszczanie się elektronów między katodą i anodą poprzez elektrolit. To właśnie SEI odpowiada za zapobieganie niepożądanym reakcjom chemicznym podczas cyklu pracy i z czasem ulega degradacji. Do tej pory rozwiązanie jej wytrzymałości sprowadzało się do zwiększenia ilości budującego ją litu, ale naukowcy z PNNL wpadli na inny pomysł.
Naukowcy wykorzystali jako podstawę do swoich rekordowych akumulatorów anodę zbudowaną z bardzo cienkich paseczków litu o szerokości zaledwie 20 mikronów. Wykorzystano ją w akumulatorze o gęstości energii 350 Wh/kg, czyli znacznie okazalszymi względem powszechnie stosowanych litowo-jonowych akumulatorów o gęstości od 250 do 300 Wh/kg.
Czytaj też: Niewidzialni żołnierze nawet przy użyciu podczerwieni? To umożliwia izraelski Kit 300
Podczas testów zespół odkrył, że akumulator zachował 76 procent swojej pojemności po rekordowych 600 cyklach. Wszystko to dzięki ulepszeniu działania warstwy SEI, bo okazuje się, że te cieńsze paski litowe w porównaniu do tych grubszych nie tłumią ważnych reakcji elektrochemicznych. Teraz naukowcy mają nadzieję na dalsze ulepszanie tej technologii w ramach konsorcjum Battery500.