Nanotechnologia

Inżynierowie chemii z Cornell dokonali przełomu w poszukiwaniu bezpieczniejszych baterii o dłuższej żywotności stosowanych w samochodach, telefonach komórkowych i robotach.

Dodanie określonych halogenków do płynnych elektrolitów powoduje spontaniczne powstawanie powłoki na anodzie baterii litowej, co utrudnia wztwarzanie szkodliwych struktur dendrytycznych. Odkrycie to pozwoli w przyszłości wydłużyć dzienny cykl działania baterii litowej nawet dziesięciokrotnie.

Tak zwany problem dendrytowy spędzał sen z powiek naukowcom od lat. W czasie kilku cyklów ładowania/rozładowywania baterii, mikroskopijne twory, nazywane dendrytami formują się na powierzchni elektrody, powodując zwarcia i szybkie przegrzewanie się baterii.

Lynden Archer, profesor Inżynierii Chemicznej i Biomolekularnej tłumaczy: „mieliśmy sprzeczne informacje pochodzące z dwóch teorii opracowanych przez grupę badaczy i teoretyków z wydziału fizyki, co sugerowało nam, że nanopowłoka halogenkowa na anodzie może pomóc w kontrolowaniu powstawania dendrytów. Jak się okazało, rozwiązaliśmy problem uważany przez naukowców  za olbrzymie wyzwanie”.

Baterie litowe są jednymi z najbardziej uniwersalnych wysokoenergetycznych, oszczędnych platform magazynujących energię elektrochemiczną. Są one powszechnie używane w komputerach, komórkach, tabletach czy samochodach.

Producenci samochodów i komputerów długo walczyli z problemem dendrytowym, w szczególności podczas cykli ładowania i rozładowywania w niskich temperaturach w bateriach opartych na licie, sodzie, aluminium i innych metalach, co mogło zostać rozwiązane tylko poprzez odpowiednie ustawienie warunków pracy baterii i elektrolitu.

Grupa naukowców z Cornell ma inny pomysł – sformułowali oni „teorię gęstości funkcjonalnej”  oraz „analizę kontinuum” –  formy modelowania chemicznego – aby przetestować stabilność elektroosadzania metali. Doszli oni do wniosku, że wprowadzenie prostego płynnego elektrolitu wzmocnionego halogenkiem do nanoporowatego materiału rozwiązuje problem. Rezultat: baterie litowe o stabilnych cyklach ładowania/rozładowywania w temperaturze pokojowej, bez zaobserwowanych objawów niestabilności przez setki cykli i tysiące godzin działania.

Źródło artykułu

Źródło grafiki