Naukowcy z Korei Południowej opracowali konstrukcję baterii, która może pomóc samochodom elektrycznym jeździć dłużej, jednocześnie zmniejszając i odchudzając pakiety baterii. „Technologia ta rozwiązuje poważny problem, który uniemożliwił mocnym bateriom „bezanodowym” wytrzymałość na co dzień do codziennego użytku.
Badanie zostało prowadzone przez profesorów Jinwoo Lee i Hee-Tae Jung z KAIST, we współpracy z naukowcami z Kyungpook National University oraz National NanoFab Center.
Wyniki zostały opublikowane w czasopiśmie Advanced Functional Materials.
Większość baterii litowo-jonowych zawiera anodę wykonaną z grafitu. Podczas ładowania lit przenika do grafitu, gdzie jest przechowywany aż do momentu użycia baterii.
Baterie bez anód usuwają tę warstwę grafitu. Zamiast tego lit jest osadzany bezpośrednio na cienkiej miedzianej folii podczas ładowania. Usunięcie grafitu oszczędza miejsce i wagę, pozwalając baterii o tej samej wielkości przechowywać więcej energii.
Może to być szczególnie przydatne w samochodach elektrycznych. Lżejsza bateria może poprawić zasięg, podczas gdy mniejsza bateria daje projektantom samochodów większą elastyczność.
Jednak baterie wolne od anod mają poważną słabość. Lit nie zawsze rozkłada się równomiernie na powierzchni miedzi. Może rozrastać się w ostre, rozgałęzione struktury zwane dendrytami podczas wielokrotnego ładowania i rozładowywania.
Te struktury obniżają wydajność baterii i mogą uszkodzić warstwę ochronną wokół litu. W efekcie bateria traci pojemność i zbyt szybko się zużywa.
Wcześniejsze próby rozwiązania problemu często polegały na dodawaniu dodatkowego litu lub nakładaniu grubej powłoki ochronnej na powierzchnię. Chociaż te metody mogą wydłużyć żywotność baterii, sprawiają też, że jest ona cięższa i większa. Eliminuje to dużą część zalet konstrukcji bez anód.
Zespół kierowany przez KAIST wybrał inne podejście. Wykorzystując metodę produkcji stosowaną również w przemyśle półprzewodnikowym, naukowcy stworzyli rzędy mikroskopijnych struktur rurkowych na miedzianej folii.
Rurki miały około 300 nanometrów szerokości i 150 nanometrów wysokości. Te maleńkie struktury zwiększyły dostępną powierzchnię do około czterokrotności powierzchni zwykłej płaskiej miedzi.
Projekt działa jak dodawanie starannie oznaczonych miejsc parkingowych do pustego parkingu. Daje litowi wiele równomiernie rozmieszczonych miejsc do osiadania, zmniejszając ryzyko jego gromadzenia się w jednym miejscu i wzrostu w niebezpieczne skoki.
Naukowcy dodali także niezwykle cienką powłokę MX, dwuwymiarowego materiału. Powłoka miała tylko około 10 nanometrów grubości – czyli tysiące razy cieńszą niż ludzki włos.
MX nie stanowią ostatniej warstwy ochrony. Zamiast tego działają raczej jak podkład, zachęcając baterię do tworzenia własnej, mocnej, a nawet ochronnej warstwy bogatej w fluorek litu.
Ta warstwa ochronna ogranicza niepożądane reakcje chemiczne i dodatkowo ogranicza gwałtowny wzrost litu. Szczegółowe badania obrazowe i chemiczne potwierdziły, że lit formował się równomiernie wzdłuż obtraktowanej powierzchni.
Profesor Lee twierdzi, że badanie pokazuje, iż bardzo precyzyjne metody produkcji półprzewodników pozwalają kontrolować miejsce osadzania litu, bez dodawania nadmiaru litu ani zmiany głównego płynu w baterii.
Wyniki są obiecujące, ale technologia będzie nadal wymagała testów na większą skalę w rzeczywistych warunkach jazdy. Jeśli nadal będzie dobrze działać, może przybliżyć lżejsze i dłużej wolne od anód baterie do komercyjnych pojazdów elektrycznych.
Popidol: Odyseja Nolana bije rekord Universal w największych dochodach filmowych