W konstrukcji tradycyjnych paneli słonecznych są wykorzystywane m.in. takie składniki jak miedź czy srebro. Nie możemy jednak zapominać o jeszcze jednym, kluczowym składniku jaki stanowi krzem. O ile z samym odzyskiwaniem i zagospodarowaniem dwóch pierwszych elementów większego problemu nie ma, wyzwaniem stanowi nadal ponowne użycie krzemu. Na pewien pomysł w tym zakresie wpadli niedawno naukowcy z Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology (QIBEBT). Okazało się, że ten konkretny materiał można wykorzystać ponownie do produkcji nowych baterii litowo-jonowych dla aut elektrycznych. O co tu dokładnie chodzi?
Konwencjonalne akumulatory litowo-jonowe korzystają z anod wykonanych z grafitu. Tymczasem anody krzemowe zapewniają tego typu bateriom lepszą gęstość energii. Niestety coś za coś i problem z krzemowymi anodami dotyczy ich podatności na zmianę swojej objętości podczas cyklu ładowania i rozładowania. Skutki takiego zachowania łatwo sobie wyobrazić – pod wpływem działania obu sił anoda ulega mechanicznemu zmęczeniu, więc pęka i zmniejsza wydajność baterii. W jaki sposób naukowcom udało się zredukować to zjawisko? Zespół QIBEBT ponownie wykorzystał krzem ze zużytych ogniw słonecznych, modyfikując również skład elektrolitu. Wykorzystano do tego heksafluorofosforan litu rozpuszczony w roztworze 1,3-dioksanu i dimetoksyetanu zmieszanego w stosunku objętościowym 1:3.
Czytaj też: Jak zwiększyć wydajność i żywotność akumulatorów? Do tej pory pomijaliśmy kluczowy aspekt
Powstała w ten sposób formuła chemiczna pomaga tworzyć stałą interfazę elektrolitu (SEI), która utrzymuje razem cząsteczki krzemu, nawet gdy są one łamane podczas cykli ładowania-rozładowania. Pomaga to w utrzymaniu przewodnictwa jonowego i ograniczeniu niepotrzebnych reakcji do minimum. Efekt? Baterie miały lepszą stabilność elektrochemiczną i utrzymywały sprawnością ładowania CE na poziomie 99,94% nawet po 200 cyklach ładowania-rozładowania. Zespół przetestował ogniwa i nowy elektrolit przez 80 cykli, aby sprawdzić, czy bateria zachowa swoją wydajność również w trudnych warunkach. Nowe rozwiązanie zapewniło gęstość energii na poziomie 340,7 Wh na kilogram, co jest imponującym wynikiem jak na baterię litowo-jonową. Po wyniki badań odsyłam Was do czasopisma Nature Sustainability.