💡 Svarbiausios įžvalgos
- Ličio jonų baterijos sensta dėl trapios kietojo elektrolito sąsajos (SEI), kuri trūkinėja ir „suvalgo“ dalį ličio, mažindama talpą.
- Merilendo universiteto mokslininkai rado, kad įprastoms baterijoms tereikia pridėti mažą kiekį ličio difluorofosfato, nereikalaujant keisti gamybos įrangos.
- Šis priedas formuoja tvirtesnį ir elastingesnį SEI sluoksnį, mažina šalutines reakcijas ir elektrodo mikroįtrūkimus, todėl baterijos ilgiau išlaiko talpą.
- Jei praeis saugumo bandymus, technologija galėtų pratęsti telefonų, nešiojamų kompiuterių ir elektromobilių baterijų tarnavimą bei sumažinti kaštus ir nuvertėjimą.
Ar pažįstamas jausmas, kai vos dvejų metų senumo telefonas išsikrauna dar neatėjus pietų metui? Ličio jonų baterijų degradacija yra didžiausias šiuolaikinės elektronikos „Achilo kulnas“. Tačiau mokslininkai praneša apie proveržį: nebereikia išradinėti naujų baterijų – užtenka į senąsias įlašinti vieną slaptą ingredientą.
Nesvarbu, ar tai naujausias „iPhone“, galingas nešiojamasis kompiuteris, žaidimų konsolė „Nintendo Switch“ ar jūsų „Dyson“ dulkių siurblys – visi jie turi bendrą priešą. Laiką. Ličio jonų technologija, kuri kažkada sukėlė revoliuciją ir leido mums nešiotis pasaulį kišenėje, turi esminį trūkumą: su kiekvienu įkrovimu ji miršta.
Kol pasaulio laboratorijos lenktyniauja kurdamos egzotiškas ateities baterijas (nuo kietojo būvio iki sieros pagrindo), Merilendo universiteto (JAV) mokslininkų komanda pasirinko kitą kelią. Užuot kūrę viską iš naujo, jie rado būdą, kaip paprasta cheminė korekcija gali radikaliai sustabdyti senėjimą tose baterijose, kurias naudojame šiandien.
Paslaptis slypi „priede“, o ne naujoje baterijoje
Šiam tyrimui vadovaujantis profesorius Chunsheng Wang atskleidė sprendimą, kuris skamba beveik per gerai, kad būtų tiesa. Svarbiausia naujiena – nereikia keisti brangių baterijos šerdies medžiagų.
Atradimo esmė – nedidelis kiekis cheminio priedo, vadinamo ličio difluorofosfatu. Nors pats junginys chemijos pasaulyje nėra naujiena, tik dabar atskleistas jo stulbinantis efektyvumas stabilizuojant baterijų vidinius procesus.
„Tai gana paprastas dabartinių baterijų gamybos proceso pakeitimas“, – aiškina prof. Ch. Wangas.
Tai reiškia, kad gamintojams nereikėtų statyti naujų gamyklų ar keisti įrangos. Tereikia į mišinį įtraukti šį priedą, ir rezultatas – baterijos, kurios po šimtų ciklų išlaiko žymiai didesnę talpą.
Kaip baterija miršta? (Trumpa chemijos pamoka)
Kad suprastume atradimo svarbą, turime žvilgtelėti į baterijos vidų.
Ličio jonų akumuliatorius veikia jonams judant tarp dviejų polių – anodo (neigiamo) ir katodo (teigiamo) – per terpę, vadinamą elektrolitu.
- Iškraunant: Jonai bėga iš anodo į katodą (telefonas veikia).
- Įkraunant: Jonai varomi atgal į anodą.
Problema slypi nematomoje detalėje, vadinamoje kietojo elektrolito sąsaja (SEI). Tai plonas sluoksnis, kuris natūraliai susidaro ant anodo pirmųjų įkrovimų metu. Standartinėse baterijose šis „skydas“ yra trapus. Ciklų metu jis trūkinėja, suyra ir vėl formuojasi, kiekvieną kartą „suvalgydamas“ dalį ličio. Kuo mažiau laisvo ličio – tuo mažesnė baterijos talpa. Be to, atsiranda elektrodų įtrūkimų, kurie galutinai pribaigia elementą.
Ką daro naujasis priedas?
Čia į sceną žengia minėtasis ličio difluorofosfatas.
- Sutvirtina skydą: Priedas padeda suformuoti tvirtesnį, elastingesnį ir tolygesnį SEI sluoksnį. Užuot buvęs trapus, šis sluoksnis tampa lankstus ir atsparus mechaniniam poveikiui.
- Stabdo parazitus: Naujasis sluoksnis veikia kaip efektyvus barjeras, neleidžiantis elektrolitui reaguoti su elektrodais ir sukelti šalutinių „parazitinių“ reakcijų, kurios eikvoja energiją.
- Apsaugo nuo trūkinėjimo: Priedas sumažina katodo mikro-įtrūkimų riziką, todėl baterija išlieka fiziškai sveika ilgiau.
Ką tai reiškia mums, vartotojams?
Jei šis metodas sėkmingai praeis saugumo bandymus (kurie šiuo metu vykdomi), poveikis rinkai gali būti milžiniškas.
- Ilgaamžiškumas: Telefonai ir nešiojami kompiuteriai galėtų tarnauti 4–5 metus be žymaus baterijos nusidėvėjimo.
- Elektromobiliai: Tai galėtų sumažinti naudotų elektromobilių nuvertėjimą, nes baterijos išlaikytų savo talpą šimtus tūkstančių kilometrų.
- Kaina: Kadangi priedas yra pigus ir technologiją lengva įdiegti, galutinis produktas neturėtų brangti.
Mokslininkai pabrėžia, kad šią technologiją galima reguliuoti: priklausomai nuo poreikio, baterijas galima optimizuoti arba maksimaliai momentinei galiai (sportiniams automobiliams), arba maksimaliam ilgaamžiškumui (buitinei elektronikai).
Atrodo, kad kol laukiame „stebuklingų“ ateities baterijų, senasis geras ličio jonas dar nepasakė savo paskutinio žodžio.
Šaltinis: https://www.newscientist.com/article/2511778-lithium-ion-batteries-could-last-longer-with-chemical-tweak/
Ką manote apie tai?
Jūsų nuomonė svarbi! Parašykite komentarą žemiau arba pasidalinkite straipsniu su draugais.
