W czasach, gdy zapotrzebowanie na wydajne i zrównoważone magazynowanie energii osiąga szczyt, przełomowe osiągnięcie Szkoły Inżynierii i Nauk Stosowanych Uniwersytetu Harvarda wyznaczyło nowy standard w dziedzinie technologii akumulatorów. Naukowcy zaprezentowali nowatorski akumulator litowo-metalowy, który jest w stanie wytrzymać co najmniej 6000 cykli ładowania i rozładowania i którego pełne naładowanie zajmuje zaledwie kilka minut. Ten rewolucyjny postęp nie tylko obiecuje zmianę sposobu, w jaki wykorzystujemy akumulatory, ale także toruje drogę do bardziej praktycznych zastosowań w branżach takich jak pojazdy elektryczne.
Istota tych badań polega na wytwarzaniu akumulatorów półprzewodnikowych przy użyciu anod litowo-metalowych, co umożliwiło nowe spojrzenie na materiały do potencjalnie rewolucyjnych akumulatorów. Badanie, opublikowane niedawno w „Nature Materials”, podkreśla znaczący postęp w zrozumieniu i wykorzystaniu anod litowo-metalowych. Xin Li, autor artykułu, zauważył: „Akumulatory litowo-metalowo-anodowe są uważane za świętego Graala baterii. Mają pojemność dziesięciokrotnie większą niż dostępne na rynku anody grafitowe, co potencjalnie znacznie zwiększa zasięg pojazdów elektrycznych. Nasze badania stanowią istotny krok w kierunku bardziej praktycznych akumulatorów półprzewodnikowych do zastosowań przemysłowych i komercyjnych”.
Jednym z największych wyzwań przy projektowaniu tych akumulatorów było tworzenie się dendrytów na powierzchni anody. Te przypominające korzenie struktury rosną w elektrolicie, przebijając barierę oddzielającą anodę od katody, co prowadzi do zwarć akumulatora, a nawet pożaru. W 2021 roku Li i jego zespół zajęli się tym problemem, projektując wielowarstwową baterię, w której pomiędzy anodą i katodą umieszczane są różne materiały o różnej stabilności. Ta wielowarstwowa, wielomateriałowa konstrukcja nie blokowała całkowicie dendrytów litu, ale kontrolowała i powstrzymywała ich penetrację.
W swoich najnowszych badaniach zespół poczynił dalsze postępy, włączając do anody cząstki krzemu wielkości mikrometra. Takie podejście zmniejsza reakcję litowania i sprzyja równomiernemu powlekaniu galwanicznemu grubego litu metalicznego, skutecznie zapobiegając tworzeniu się dendrytów. Co więcej, procesy galwanizacji i usuwania izolacji mogą zachodzić szybko na płaskich powierzchniach, co pozwala na pełne naładowanie akumulatora w zaledwie 10 minut.
W fazie eksperymentalnej stworzono baterię typu woreczek wielkości znaczka pocztowego, od 10 do 20 razy większą niż większość baterii monetowych produkowanych w laboratoriach uniwersyteckich. Co ciekawe, akumulator ten zachował 80% swojej pojemności nawet po 6000 cyklach, co przewyższa inne akumulatory kieszeniowe dostępne obecnie na rynku.
Ta innowacja z Harvardu to coś więcej niż tylko osiągnięcie akademickie; oznacza to ogromny krok naprzód w technologii akumulatorów. Dzięki zwiększonej pojemności, bezpieczeństwu i wydajności bateria litowo-metalowa opracowana przez Li i jego zespół może zrewolucjonizować magazynowanie i wykorzystanie energii, szczególnie w pojazdach elektrycznych, co stanowi znaczący kamień milowy na naszej drodze do bardziej zrównoważonego i energooszczędnego przyszły.
Czas publikacji: 12 stycznia 2024 r
