Nowy przepis na wydajny akumulator litowo-jonowy

Fot. Pixabay, CC0

Naukowcy z Uniwersytetu Purdue zbadali zależność pomiędzy aktywnymi i nieaktywnymi elementami akumulatorów litowo-jonowych. Zwrócili również uwagę na sposób, w jaki nanostruktura ich poszczególnych części wpływa na wydajność i bezpieczeństwo.

W obecnych czasach akumulatory są wszędzie. Zdaniem Partha Mukherjee, profesora inżynierii mechanicznej i głównego badacza, wciąż jednak nie zdajemy sobie sprawy z interakcji między ich różnymi elementami. W laboratorium naukowcy badają wszelkie formy transportu i przechowywania energii. Wykorzystują modelowanie komputerowe do proponowania nowych konfiguracji, a następnie testowania różnych zjawisk. "To jak pieczenie ciasta" - powiedział Aashutosh Mistry z laboratorium." W ten sam sposób patrzymy na podstawowe proporcje. Wszystko, co zmienisz w skali mikro, wpływa też na ogólną wydajność."

W przypadku akumulatorów ważne są tak naprawdę trzy aspekty - wydajność, żywotność i bezpieczeństwo. W swoim laboratorium Mukherjee i jego współpracownicy czasami celowo odtwarzają nieprawidłowe działanie baterii, aby zobaczyć, co się stanie. Przykładowo, gdy jedna komórka wybuchła, doprowadziło to do reakcji łańcuchowej, w której wszystkie zostały podpalone. Temperatura i ciśnienie wewnątrz jednej komórki stały się tak wysokie, że zapaliła się obudowa. Trzeba zdać sobie sprawę, że w samochodzie elektrycznym znajduje się kilka tysięcy takich komórek, niemal dosłownie pod naszymi siedzeniami. „Dlatego ważne jest, aby zrozumieć podstawy tych zjawisk, abyśmy mogli temu zapobiec" – mówią naukowcy.

Akumulatory zazwyczaj zawierają elektrodę dodatnią i ujemną, składającą się z "materiału aktywnego" do przechowywania litu. Pomiędzy nimi znajduje się separator, w którym jest ciekły elektrolit do transportu jonów litu. Wreszcie materiały nieaktywne elektrochemicznie, zwane "fazą wtórną", pomagają kształtować fizyczne składniki kompozytowych porowatych elektrod i poprawić przewodność elektryczną. W opublikowanych badaniach Mukherjee i jego zespół badają zależność między materiałem aktywnym a fazą wtórną w mikro- i nanoskali. Skupiają się na takich właściwościach jak porowatość, kształt fizyczny i ich wzajemne oddziaływania. Zmiana dowolnej z nich powoduje znaczne zmiany ogólnej wydajności.

"Wciąż jesteśmy na początku w zrozumieniu tych złożonych interakcji" - powiedział Mukherjee. "Ale to jest klucz do naszych badań, łączymy to, co dzieje się w mikro- i nanoskali z wydajnością, żywotnością i bezpieczeństwem baterii". A w dzisiejszych czasach jest to naprawdę ważne.

(KB)