Pełne ładowanie w 15 minut. Nowy elektrolit może zmienić przyszłość baterii

Naukowcy pracują nad rozwiązaniami, które mogą znacząco zmienić sposób działania nowoczesnych baterii. Jednym z pomysłów jest specjalnie zaprojektowany elektrolit, który może poprawić bezpieczeństwo i szybkość ładowania baterii litowo-metalowych.

Badania opisane w czasopiśmie naukowym Nature Energy wskazują, iż dzięki nowej konstrukcji elektrolitu możliwe jest znaczne przyspieszenie procesów zachodzących wewnątrz baterii. Według zespołu badawczego taka technologia może w przyszłości pomóc w tworzeniu wydajniejszych akumulatorów, które będą ładować się szybciej niż obecnie stosowane rozwiązania.

Dlaczego baterie litowo-metalowe są ważne

Obecnie większość urządzeń elektronicznych korzysta z technologii Lithium‑Ion Battery. Tego typu rozwiązania są stosowane między innymi w smartfonach, laptopach czy samochodach elektrycznych.

Naukowcy pracują nad rozwiązaniami, które mogą znacząco zmienić sposób działania nowoczesnych baterii. Jednym z pomysłów jest specjalnie zaprojektowany elektrolit, który może poprawić bezpieczeństwo i szybkość ładowania baterii litowo-metalowych.

 

Naukowcy od lat pracują jednak nad następną generacją baterii, czyli Lithium‑Metal Battery. Tego rodzaju konstrukcja może przechowywać więcej energii i lepiej radzić sobie w trudnych warunkach pracy.

Mimo tych zalet technologia ta wciąż nie jest powszechnie wykorzystywana. Jednym z głównych problemów jest sposób, w jaki elektrony i jony przemieszczają się pomiędzy elementami baterii a elektrolitem.

Problem z powstawaniem dendrytów

Podczas ładowania baterii zachodzą reakcje chemiczne odpowiedzialne za przepływ energii. Jeśli proces ten przebiega zbyt wolno lub nierównomiernie, może dochodzić do powstawania tzw. dendrytów.

Dendryty to cienkie, metaliczne struktury przypominające igły. Mogą one uszkadzać wewnętrzną strukturę baterii, pogarszać jej wydajność, a w skrajnych przypadkach prowadzić nawet do przegrzania lub zapłonu.

Ten problem jest jednym z powodów, dla których bardzo szybkie ładowanie baterii litowo-metalowych jest trudne do osiągnięcia w praktyce.

Zmiana struktury elektrolitu

Zespół naukowców, w którym dużą rolę odegrali badacze z University of Science and Technology of China, postanowił podejść do problemu od innej strony.

Badacze przeprojektowali elektrolit na poziomie molekularnym. Zamiast typowego układu cząsteczek zastosowano strukturę, w której rozpuszczalnik tworzy uporządkowane, płaskie kanały przewodzące elektrony.

Nowa konstrukcja poprawia połączenie między elektronami a jonami litu. Dzięki temu reakcje chemiczne zachodzą szybciej i bardziej stabilnie, co ogranicza ryzyko powstawania dendrytów.

Testy w rzeczywistych ogniwach baterii

Naukowcy sprawdzili działanie nowego elektrolitu w bateriach o rozmiarach zbliżonych do tych stosowanych w przemyśle. Podczas testów udało się osiągnąć bardzo szybkie tempo ładowania. Bateria była w stanie osiągnąć pełne naładowanie w około 15 minut przy gęstości mocy wynoszącej około 1747,6 W/kg.

Co ważne, podczas eksperymentów ogniwa zachowywały stabilność, a badacze nie zaobserwowali problemów, które wcześniej były typowe dla baterii litowo-metalowych przy szybkim ładowaniu.

Możliwe zastosowania w przyszłości

Jeżeli technologia zostanie dopracowana i wprowadzona do produkcji, może mieć duże znaczenie dla wielu branż.

Jednym z najbardziej oczywistych zastosowań są samochody elektryczne. Szybkie oraz bezpieczne ładowanie mogłoby skrócić czas postoju na stacjach ładowania i jednocześnie zwiększyć zasięg pojazdów. Nowe baterie mogłyby także znaleźć zastosowanie w elektronice użytkowej oraz systemach magazynowania energii.

Na razie jednak projekt pozostaje na wczesnym etapie rozwoju.