Naukowcy z koreańskiego Uniwersytetu Nauki i Technologii w Pohang opublikowali w czasopiśmie Advanced Science propozycję nowej konstrukcji akumulatora litowo-jonowego z krzemową anodą. Okazuje się, że krzem jest bardzo obiecującym materiałem z uwagi na jego dużą pojemność. Niestety ten pierwiastek ma również pietę achillesową.
Czytaj też: Świetne akumulatory w Chinach? Ponoć elektryki przejadą dzięki nim więcej kilometrów
Jest nią bardzo specyficzna właściwość. Mianowicie krzem podczas ładowania zwiększa swoją objętość trzykrotnie, po czym w trakcie rozładowywania akumulatora ona maleje do pierwotnej wartości. Taka niestabilność strukturalna – jak piszą naukowcy – jest ogromną przeszkodą w praktycznym zastosowaniu materiału w bateriach Li-ion.
Elektryki mogą zyskać lepsze akumulatory z krzemową anodą
Jakie rozwiązanie znaleziono? Stwierdzono, że efekt rozszerzalności krzemu można zminimalizować stosując cząstki o zdecydowanie mniejszych rozmiarach. W laboratoryjnym modelu wykorzystano cząstki o wielkości 5 mikrometrów. Natomiast elektrolitem w akumulatorze był specjalny żel polimerowy. Taki układ połączony kowalencyjnie za pomocą napromieniowanej wiązki elektronów sprawdził się znakomicie.
Czytaj też: Elektryki ładują w kilka minut. Genialna technologia rozwiązuje największy problem
Żelowy elektrolit łagodził powiększanie się krzemu. Tym samym stabilność akumulatora oraz przewodność jonowa znacznie wzrosły. W rezultacie naukowcy opracowali ogniwo 500 mAh charakteryzujące się gęstością energii na poziomie 413 Wh/kg i 1022 Wh/L. Gęstość energii wyniosła 40 proc. więcej niż w przypadku konwencjonalnych akumulatorów litowo-jonowych z tą samą przewodnością jonową.
Zdaniem autorów wynalazku, takie parametry pracy akumulatora pozwalają rozważać jego komercyjne wykorzystanie. Ponadto produkcja tego urządzenia nie wymagałaby wielkich zmian w fabrykach i ponoszenia olbrzymich kosztów finansowych – można byłoby wytwarzać ogniwa na tych samych liniach produkcyjnych, co obecnie powstają baterie litowo-jonowe.
Implementacji koreańskiego rozwiązania może oczekiwać wielu przyszłych posiadaczy elektryków. Pojazdem obecnie cieszącym się najdłuższym zasięgiem jazdy bez dodatkowego ładowania jest model Tesli S Plaid. Według producenta, samochód przejedzie nawet do 837 kilometrów. Gdyby zastosowano tutaj akumulator z krzemową anodą o gęstości 40 proc. większą, jego zasięg bez problemu przekraczałby 1000 kilometrów. Wówczas na tytułowej trasie ze Świnoujścia w Bieszczady w ogóle nie musielibyśmy się martwić o stacje ładowania po drodze.