Nanotechnologia

Naukowcy z Rice University mają nadzieję, że dzięki powłokom z nanorurek węglowych, szybko ładujące się baterie litowo-metalowe staną się naturalną alternatywą dla zwykłych baterii litowo-jonowych.

Laboratorium Rice chemika Jamesa Toura zaprezentowało cienkie nanorurki, które skutecznie zatrzymują dendryty, które pochodzą naturalnie z niezabezpieczonych anod litowo-metalowych w bateriach. Z czasem dendryty mogą przebić rdzeń elektrolityczny baterii i dotrzeć do katody, powodując awarię baterii. 

Zmniejszyło to wykorzystanie litu w zastosowaniach komercyjnych i zachęciło naukowców na całym świecie do jego rozwiązania.

Lit ładuje się znacznie szybciej i posiada objętościowo około 10 razy więcej energii niż elektrody litowo-jonowe, które znajdują się w prawie każdym urządzeniu elektronicznym, również w telefonach komórkowych i samochodach elektrycznych.

„Jednym ze sposobów na spowolnienie dendrytów w akumulatorach litowo-jonowych jest ograniczenie szybkości ich ładowania” – powiedział Tour. „Ludzie tego nie lubią. Chcą mieć możliwość szybkiego ładowania akumulatorów”.

Odpowiedź zespołu Rice, opisana szczegółowo w rozdziale „Zaawansowane materiały”, jest prosta, niedroga i bardzo skuteczna w hamowaniu ekspansji dendrytu, powiedział Tour.

„To, co zrobiliśmy, okazuje się być naprawdę łatwe”, powiedział. „Wystarczy pokryć folię litową wielościenną warstwą nanorurek węglowych. Folia z nanorurek z domieszką litu zmienia kolor z czarnego na czerwony, a folia z kolei rozprasza jony litu”.

„Fizyczny kontakt z litem zmniejsza ilość nanorurek, ale równoważy je dodając jony litu” – powiedział doktor habilitowany Rodrigo Salvatierra, współprowadzący prace wraz z absolwentem uniwersytetu Gladys López-Silva. „Jony rozprowadzają się po całej nanorurce”.

Kiedy bateria jest w użyciu, powłoka rozładowuje zmagazynowane jony, a leżąca pod nią anoda litowa napełnia ją ponownie, utrzymując zdolność błony do powstrzymania wzrostu dendrytu.

Powłoka splątanej nanorurki skutecznie tłumiła dendryty w ponad 580 cyklach ładowania/rozładowania baterii testowej z katodą siarczanowo-węglową, którą laboratorium opracowało w poprzednich doświadczeniach. Naukowcy zgłosili, że pełne ogniwa litowo-metalowe zachowały 99,8 procent swojej wydajności, co jest miarą tego, jak dobrze elektrony poruszają się w układzie elektrochemicznym.

Źródło artykułu: https://nano-magazine.com/news/2018/10/26/nanotubes-may-give-the-world-better-batterie

Redaktor: Filip Elgert