Badacze z Uniwersytetu w Manchesterze (Wielka Brytania) przeprowadzili obserwacje naukowe nad strukturą akumulatorów litowo-jonowych. Jak wiadomo, urządzenia te są zbudowane z trzech zasadniczych elementów: katody, anody i elektrolitu. Elektroda ujemna zazwyczaj jest konstruowana z dobrze znanego w branży grafitu. Brytyjscy uczeni postanowili wziąć na warsztat nieco inny materiał – grafen.
Czytaj też: Chiny gaszą światło. Wymyślna folia z grafenu robi z akumulatorów coś niebywałego
Jak się dowiadujemy z artykułu na łamach Nature Communications, naukowcom udało się opracować możliwie najcieńszą anodę z dwóch warstw grafenu. Przypomnijmy, że mowa tutaj o grubości ledwie dwóch atomów węgla! Mając taki materiał anodowy, badacze przeprowadzili obserwację interkalacji jonów litu, czyli zjawiska wiązania niewielkich cząsteczek wewnątrz cząsteczek związków wielkocząsteczkowych. Do jakich wniosków doszli?
Najcieńsza anoda do akumulatorów litowo-jonowych. Zbudowali ją jedynie z dwóch warstw grafenu
Okazało się, że podczas pracy akumulatora jony litu nie wchodzą w warstwy grafenu jednocześnie lub losowo. Odkryto cztery zupełnie niezależne etapy tego procesu. Z każdym kolejny jony zaczynają się uporządkowywać coraz bardziej i tworzyć gęstsze sieci heksagonalne. Tego naukowcy się nie spodziewali – interakcja pomiędzy siecią litowo-jonową a siecią krystaliczną grafenu jest o wiele większa, niż podejrzewano.
Do czego mogą posłużyć takie wnioski z badań naukowych? Przede wszystkim do dalszych prac nad optymalizacją akumulatorów z grafitowymi czy grafenowymi anodami. Te drugie niekoniecznie muszą zwojować branżę, ponieważ wykazano, że mają mniejszą zdolność do magazynowania litu w porównaniu z konwencjonalnym grafitem. Niemniej naukowcy zdiagnozowali przyczyny tego stanu rzeczy i wiedzą, jak poprawić ten parametr techniczny na przyszłość.
Czytaj też: Nowa generacja akumulatorów wywołuje opad szczęki. Przetrwa ogromne temperatury, a to tylko część rewelacji
Badania naukowców rzuciły nowe światło na zjawisko interkalacji w anodach akumulatorów. Torują one drogę do opracowania pojemniejszych elektrod ujemnych, co w dalszych krokach przyczyni się do zwiększania wydajności baterii i wzmocnienia ich funkcji jako wielkoskalowych magazynów energii.