Rastas būdas kaip išspręsti didžiausius ličio jonų baterijų trūkumus: Kembridžo universiteto mokslininkų atradimas gali pradėti visiškai naują ličio jonų baterijų technologiją

Kembridžo universiteto mokslininkai nustatė, kad medžiaga, žinoma kaip niobio volframo oksidas, kurį sudaro mikroskopinės struktūros, leidžia ličio jonams judėti gerokai didesniu greičiu, nei tai užtikrina esamos technologijos. Ką tai reiškia praktiškai? Kad naujos kartos ličio jonų baterijos bus įkraunamos per kelias minutes, nebus linkusios į perkaitimą ir, kad šis atradimas gali būti rimtu pagrindu naujos ličio jonų technologijos masiniam vystymui.

Ličio jonų baterijos buvo puiki inovacija, ypač kai ji pasirodė 1990-ųjų pradžioje. Deja, bet šių baterijų energijos tankis per metus padidėja tik 3-4 %, o tai yra gerokai mažiau nei norėtų elektromobilių gamintojai ir elektronikos įrenginių vartotojai.

Be to, šie patobulinimai paprastai būna susiję su medžiagų išdėstymo baterijose optimizavimu, o ne su pačiais elektrodais. Tad kitas būdingas šios technologijos trūkumas – lėtas įkrovimo greitis – lieka neišspręstas.

Norint padidinti įkrovimo greitį, reikia pagerinti ličio jonų judėjimo nuo teigiamo link neigiamo elektrodo greitį. Anksčiau mokslininkai bandė tai pasiekti sukurdami nanostruktūras pačiuose elektroduose. Paprastai taip siekiama sumažinti atstumą, kurį turi nukeliauti ličio jonai. Tačiau nanodalelės yra brangi technologija ir su ja sudėtinga dirbti. Taip pat atsiranda nepageidaujamos cheminės reakcijos, kurios sutrumpina baterijos tarnavimo laiką.

Naujausiame Kembridžo universiteto tyrime mokslininkai pasirinko kitą kelią. Jie pasirinko didesnes daleles su standžiomis ir atviromis kolonų formos struktūromis, kurios leidžia ličio jonams judėti laisvai bei didesne apimtimi. Tad tokios baterijos ličio jonų srautą pagerina keliais aspektais.

Naujoji elektrodų medžiaga taip pat gali būti ir saugesnis pasirinkimas. Neigiami elektrodai daugelyje ličio jonų baterijų yra pagaminti iš grafito, kuris, ypač esant intensyviam baterijos įkrovimui, sudaro dendritus – mikroskopinius ličio pluoštus, kurie gali sutrikdyti energijos judėjimo procesus ar netgi sukelti baterijos užsidegimą. Naujieji elektrodai tokios problemos neturi.

„Esant intensyviam baterijos įkrovimui, saugumas tampa pačiu didžiausiu rūpesčiu“, – teigia viena iš tyrimo vadovų, profesorė Clare Grey. „Ši medžiaga ir potencialiai panašios į ją turi daugybę potencialo, kai kalbame apie greitąjį baterijų įkrovimą. Tai yra saugesnė ir patikimesnė alternatyva grafitui.“

Norint pagaminti nanostruktūras, reikia atlikti keletą sudėtingų žingsnių, taip pat jų našumas yra mažas, o ir pats tokios technologijos išvystymo mastelis kelia problemų. Tuo tarpu niobio volframo oksidas yra paprastesnė technologija, kuriai nereikia papildomų cheminių medžiagų ar tirpiklių.

Žinoma, naujiena yra puiki, bet dar reikės įdėti daug darbo, kad ši technologija būtų pilnai išvystyta. Tačiau šio tyrimo išvados atveria naujas galimybes sukurti saugias, greitai įkraunamas baterijas, kurios būtų naudojamos elektromobiliuose ir energijos saugojimo įrenginiuose.