Naukowcy wykorzystali nanowłókna celulozowe znalezione w drewnie jako podstawę do wytworzenia nowego elektrolitu akumulatorowego.
Dzisiejsze baterie litowe zwykle wykorzystują ciekły elektrolit do przenoszenia jonów między dwiema elektrodami, ale naukowcy badający stałe alternatywy widzą przed sobą ekscytujące możliwości. Wśród nich są autorzy nowego badania, którzy wykorzystali celulozę pozyskiwaną z drewna jako podstawę jednego ze stałych elektrolitów, który jest cienki jak papier i może się wyginać, aby absorbować naprężenia podczas cykli pracy akumulatora.
Jedną z wad elektrolitów używanych w dzisiejszych bateriach litowych jest to, że zawierają one lotne ciecze, które niosą ze sobą ryzyko pożaru w przypadku zwarcia urządzenia i mogą sprzyjać tworzeniu się mackowatych narośli zwanych dendrytami, które pogarszają wydajność. Tymczasem elektrolity stałe mogą być wykonane z materiałów niepalnych, dzięki czemu urządzenie jest mniej podatne na tworzenie się dendrytów – może to otworzyć zupełnie nowe możliwości związane z architekturą baterii.
Jedna z tych możliwości dotyczy anody, jednej z dwóch elektrod, która w dzisiejszych bateriach jest wykonana z mieszanki grafitu i miedzi. Niektórzy naukowcy postrzegają stałe elektrolity jako kluczowy krok do uczynienia baterii współpracujących z anodą wykonaną z czystego litu, co może pomóc przełamać wąskie gardło gęstości energii i umożliwić elektrycznym samochodom i samolotom podróżowanie znacznie dalej bez konieczności doładowania.
Wiele z opracowanych do tej pory stałych elektrolitów zostało wykonanych z materiałów ceramicznych, które są bardzo skuteczne w przewodzeniu jonów, ale nie wytrzymują tak dobrze naprężeń podczas ładowania i rozładowywania ze względu na swoją kruchość. Naukowcy z Brown University i University of Maryland szukali alternatywy dla tego rozwiązania i jako punkt wyjścia wykorzystali nanowłókna celulozy znalezione w drewnie.
Te rurki polimerowe z drewna połączono z miedzią, tworząc lity przewodnik jonowy o przewodności zbliżonej do ceramiki i od 10 do 100 razy lepszym niż inne polimerowe przewodniki jonowe. Według zespołu dzieje się tak dlatego, że dodatek miedzi tworzy przestrzeń pomiędzy łańcuchami polimerów celulozy, aby mogły powstać „superautostrady jonowe”, umożliwiając jonom litu przemieszczanie się z rekordową wydajnością.
Wprowadzając miedź z jednowymiarowymi nanofibrylami celulozowymi, wykazaliśmy, że normalnie izolująca jony celuloza zapewnia szybszy transport litowo-jonowy w łańcuchach polimerowych – powiedział autor badania Liangbing Hu. W rzeczywistości odkryliśmy, że ten przewodnik jonowy osiągnął rekordowo wysoką przewodność jonową wśród wszystkich stałych elektrolitów polimerowych.
A ponieważ materiał jest cienki i elastyczny, naukowcy są przekonani, że będzie lepiej znosił obciążenia związane z cyklami pracy baterii. Twierdzą również, że ma stabilność elektrochemiczną, aby pomieścić anodę litowo-metalową i katody wysokonapięciowe, lub może działać jako materiał wiążący, który otacza ultra-grube katody w akumulatorach o dużej gęstości.
Jony litu poruszają się w tym organicznym stałym elektrolicie za pomocą mechanizmów, które zwykle spotykamy w ceramice nieorganicznej, umożliwiając rekordowo wysokie przewodnictwo jonów – mówi autor badania Yue Qi. Korzystanie z materiałów dostarczanych przez naturę zmniejszy ogólny wpływ produkcji baterii na nasze środowisko.
Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie Nature.
źródło: Brown University | New Atlas
Od 2005 roku zajmuję się komunikacją internetową i e-marketingiem, jestem pasjonatem urządzeń mobilnych oraz nowych technologii – i nie waham się ich używać.