Nadzieja w krzemowych anodach
Baterie litowo-jonowe z anodami krzemowymi posiadają ogromy potencjał, ponieważ w ich przypadku można osiągnąć znacznie większą gęstość energetyczną niż w przypadku obecnie stosowanych rozwiązań. Niemniej jednak, przeszkodą na drodze do ich powszechnego użytku jest to, że w ich elektrolicie zachodzi ciągła utrata jonów litu.
Jak zachodzi do tej utraty jonów litu? Otóż, w bateriach litowo-jonowych z anodą krzemową na anodzie powstaje tak zwana warstwa SEI, która pochłania lit. Warstwa ta izoluje elektrolit od anody, zapobiegając dalszym utratom litu, ale za każdym razem gdy zostaje uszkodzona, pochłania kolejną porcję litu, by się odnowić. Dlatego naukowcy szukali sposobów na to, by ustabilizować warstwę SEI i zapobiec dalszej utracie jonów litu wraz z upływem czasu. Z czasem opracowano tak zwany proces prelitowania.
„Prelitowanie to strategia mająca na celu zrekompensowanie utraty litu, która zwykle występuje w przypadku krzemu.”, powiedziała Sibani Lisa Biswal z Uniwersytetu Rice’a. „Możesz o tym myśleć w kategoriach gruntowania powierzchni, na przykład podczas malowania ściany. Musisz najpierw nałożyć podkład, aby upewnić się, że farba będzie dobrze trzymała się powierzchni. Wstępne litowanie pozwala nam ‘zagruntować’ anody, dzięki czemu akumulatory mogą mieć znacznie bardziej stabilny i dłuższy cykl życia.”
Obiecujące rozwiązanie
Niedawno w kwestii prelitowania anod krzemowych w bateriach Sibani Lisa Biswal, będąca inżynierem inżynierii chemicznej i biomolekularnej, dokonała przełomu. Gdy ta próbowała rozpylić warstwę mieszaniny cząstek metalicznego litu na krzemowe anody, odkryła wówczas, że rozpylenie na anody wspomnianej mieszaniny poprawia żywotność baterii o 22 do nawet 44 procent. Ponadto okazało się, ogniwa baterii pokryte większą ilością takiej powłoki mogą działać z większą wydajnością.
Sibani Lisa Biswal opracowała innymi słowy łatwo skalowalną metodę optymalizacji prelitowania. Niestety, metoda ta ma w tej chwili poważną wadę. Otóż, w przypadku pełnych cykli pracy (od 100% do 0%) większa ilość powłoki z metalicznego litu w baterii prowadziła do szybszego wychwytywania litu z elektrolitu, a zatem do szybszego zmniejszania pojemności baterii.
Oczywiście, naukowcy z Uniwersytetu Rice’a zamierzają znaleźć rozwiązanie dla powyższego problemu. Kto wie, może ten zespół badaczy sprawi, że baterie litowo-jonowe z anodami krzemowymi będą wykorzystywane w smartfonach i innych urządzeniach elektronicznych wykorzystywanych przez większość osób na co dzień.
Źródło: SciTechDaily / fot. tyt. Unsplash/Tyler Lastovich