Wzmocnili akumulatory ze stałym elektrolitem. 4D STEM odpowiedział na wszystkie pytania
Aktualnie akumulatory litowo-jonowe dominują na rynku dzięki swojej wysokiej gęstości energii i kompaktowym rozmiarom. Jednak ich wadą jest płynny elektrolit, który stwarza poważne zagrożenie bezpieczeństwa. Jeśli taki akumulator zostanie przebity, uszkodzony lub przegrzany, ciecz elektrolitowa może się zapalić, prowadząc do groźnych pożarów i eksplozji. Jest to szczególnie istotne w przypadku samochodów elektrycznych, w których to bezpieczeństwo akumulatorów pozostaje kluczowym wyzwaniem. Rozwiązaniem tego problemu są akumulatory ze stałym elektrolitem, które przeciwieństwie do tradycyjnych rozwiązań z elektrolitem w postaci żelu lub cieczy, są znacznie bezpieczniejsze i efektywniejsze w pełnieniu swojej roli magazynu energii. Dręczy je jednak pewien problem, który skutecznie ogranicza ich wprowadzenie do masowej produkcji, ale oto właśnie kolejni naukowcy znaleźli unikalne rozwiązanie tego problemu.
Czytaj też: Zapomnijcie o akumulatorach. Dzięki temu odkryciu przyszłość zbudujemy na czymś innym
Problem z akumulatorami o stałym elektrolicie sprowadza się do tego, że gdy stały elektrolit styka się z katodą (dodatnim biegunem akumulatora), wtedy tworzy się cieniutka warstwa reakcyjna (interfaza). Ma ona zaledwie 100 nanometrów grubości, czyli około 1000 razy mniej niż średnica ludzkiego włosa, ale mimo niewielkich rozmiarów stanowi poważny problem, bo blokuje przepływ jonów litu i elektronów, ograniczając wydajność akumulatora. Naukowcy od ponad dekady dążą do rozwiązania tego problemu, a teraz zespół z Uniwersytetu Missouri dokonał w tej kwestii przełomu, stawiając na ultracienkie powłoki ochronne.
Czytaj też: Nie spalinowy i nie z akumulatorem. Honda pokazała, czym będzie napędzać samochód przyszłości
Aby zbadać problem, zespół specjalistów wykorzystał nowoczesną technikę obrazowania czterowymiarową mikroskopię skaningową transmisyjną (4D STEM), zamiast rozbierać akumulator na części. 4D STEM pozwala naukowcom zajrzeć do wnętrza magazynów energii bez ich niszczenia, co zapewnia bezprecedensową dokładność w analizie struktury atomowej. Dzięki tej technologii badacze byli w stanie zidentyfikować dokładne reakcje chemiczne, które powodowały spadek wydajności.
Czytaj też: Chiny mają coś ważnego do ogłoszenia. Akumulatory, które zrewolucjonizują samochody elektryczne
Zespół opracował metodę oksydacyjnego osadzania warstw molekularnych (oMLD), która pozwala tworzyć cienkie powłoki ochronne o precyzyjnie dobranej grubości zaledwie kilku nanometrów. Te powłoki zapobiegają reakcji między stałym elektrolitem a katodą, eliminując powstawanie warstwy interfejsowej, a jednocześnie umożliwiając przepływ jonów litu. To odkrycie może być kluczem do komercjalizacji akumulatorów ze stałym elektrolitem, które są lepsze od tradycyjnych akumulatorów litowo-jonowych, odznaczając się wyższą gęstością energii, zwiększonym bezpieczeństwem, szybszym ładowaniem, a nawet okazalszą trwałością. Dlatego też mogą zrewolucjonizować m.in. pojazdy elektryczne, czyniąc je bezpieczniejszymi, lżejszymi i bardziej wydajnymi, ale tyczy się to również smartfonów, laptopów, a nawet słuchawek bezprzewodowych. Pewne jest jednak, że choć badania przynoszą obiecujące wyniki, to minie jeszcze kilka lat, zanim takie akumulatory staną się powszechnie dostępne. Prognozy sugerują, że pierwsze komercyjnie dostępne wersje mogą pojawić się na rynku w ciągu najbliższych 5-10 lat.