Stałe, metaliczne akumulatory litowe (ang. all-solid-state lithium batteries, SSB) pod kilkoma względami wygrywają z obecnie produkowanymi akumulatorami litowo-jonowym. Przede wszystkim posiadają stały elektrolit zamiast ciekłego. Gwarantuje to większe bezpieczeństwo pracy akumulatora, mniejszą palność i wyższą gęstość energii.
Czytaj też: Jak zwykle niezawodni. Chiński producent wypuszcza akumulatory, jakich jeszcze nie było
Niemniej poza zaletami jest też kilka wad, nad którymi pracuje wiele zespołów badawczych. Mowa nie tylko o dendrytach powstających na anodzie, ale także o dość zagadkowej degradacji materiałów budulcowych. Co może ją powodować? Powodów szukano w budowie katody i elektrolitu.
Stałe akumulatory litowe prawie idealne, ale w katodzie jest coś do poprawki
Naukowcy z Uniwersytetu Północno-Wschodniego w Bostonie i z Narodowego Laboratorium Argonne przy Departamencie Energii USA sprawdzili empirycznie, jak grubość katod wpływa na rozwój reakcji elektrochemicznych w stałych akumulatorach litowych. Wyniki opublikowano w ACS Energy Letters.
Wykorzystano w pracy stały, nieorganiczny elektrolit o wzorze Li6PS5Cl (LPSC) oraz katodę z materiałów kompozytowych opartych na niklu, manganie i kobalcie. Powyższe związki stosowano w różnych proporcjach: 80 proc. katody i 20 proc. elektrolitu, 70 proc. i 30 proc. oraz 60 proc. i 40 proc. Następnie dzięki obrazowaniu rentgenowskiemu pomierzono sześć przekrojów w obrębie katody i elektrolitu.
Owe sześć profili pozwoliło na dokładniejszy wgląd w strukturę akumulatora i tego, jak zachodzą w nim reakcje elektrochemiczne. Naukowcy argumentują to tym, że dotychczas sprawdzano pracę urządzenia najwyżej na dwóch zaciskach. Dokładniejsze skanowanie całej struktury ukazuje pełniej jej charakterystykę.
Czytaj też: Mroczna strona wydobycia litu. Przez nasze akumulatory cierpieć będą i ludzie, i natura
Uczeni odkryli kilka dziwnych zachowań w różnych ustawieniach proporcji katody do elektrolitu. Dla przykładu, w akumulatorze z katodą 80 proc. reakcja elektrochemiczna zachodziła najpierw w miejscu najbliższym anodzie, ale w przypadku katody 70 proc. to obszar najdalej zlokalizowany od anody reagował jako pierwszy. Jak widać, reakcje elektrochemiczne zachodzą bardzo niejednolicie i na razie naukowcy nie umieją rozstrzygnąć, w jakim ustawieniu byłoby optymalnie.
To właśnie ta nieregularność w reagowaniu może być jedną z głównych przyczyn niszczenia się elektrod w stałych akumulatorach litowych. Rozwiązanie tego problemu w dalszych badaniach wiele by pomogło w rozwoju technologii.