Prosty trik może znacząco wydłużyć życie baterii litowo-jonowych

Prawie codziennie jesteśmy zalewani informacjami o kolejnych przełomach w bateriach, ale nie przekłada się to konkrety. Tym razem naukowcy przygotowali technologię, która może wydłużyć życie baterii litowo-jonowych, bez konieczności wnoszenia konkretnych zmian.

Podczas gdy coraz częściej mówi się o porzuceniu baterii litowo-jonowych, które nie są doskonałe i mają swoje wady, naukowcy postanowili przedłużyć im życie. Zespół badawczy z Uniwersytetu Maryland, kierowany przez prof. Chunshenga Wanga, opracował sposób tworzenia trwałej warstwy ochronnej na jednym z kluczowych elementów ogniwa. Co istotne, rozwiązanie ma być tanie i możliwe do zastosowania w obecnych liniach produkcyjnych.

Choć brzmi to jak drobna zmiana, może ona mieć duże znaczenie dla elektroniki użytkowej, samochodów elektrycznych i magazynów energii, gdzie żywotność baterii od lat pozostaje jednym z głównych wyzwań.

Jak działa bateria litowo-jonowa

Każda bateria litowo-jonowa opiera się na podobnej konstrukcji. Składa się z anody i katody, pomiędzy którymi znajduje się separator oraz ciekły elektrolit. Podczas ładowania i rozładowywania jony litu przemieszczają się w elektrolitach między elektrodami, umożliwiając magazynowanie i oddawanie energii.

Zespół badawczy z Uniwersytetu Maryland, kierowany przez prof. Chunshenga Wanga, opracował sposób tworzenia trwałej warstwy ochronnej na jednym z kluczowych elementów ogniwa.

Z czasem elektrolit zaczyna się rozkładać. Wbrew pozorom nie zawsze jest to zjawisko negatywne. Na anodzie tworzy się w ten sposób cienka warstwa ochronna, która stabilizuje jej pracę i chroni ją przed dalszą degradacją. Problem polega na tym, że podobna warstwa nie chce w naturalny sposób powstawać na katodzie.

Katoda jako słaby punkt ogniwa

Katoda pracuje w znacznie bardziej agresywnych warunkach chemicznych niż anoda. Wysoki potencjał powoduje, że standardowe elektrolity rozkładają się tam zbyt szybko i chaotycznie. W efekcie zamiast stabilnej osłony powstają nieregularne osady, które z czasem pogarszają działanie baterii i skracają jej żywotność.
To właśnie ten problem od lat ogranicza trwałość ogniw litowo-jonowych, zwłaszcza tych pracujących przy wysokim napięciu lub dużych obciążeniach.

Chemiczna sztuczka z laboratoriów

Zespół z Maryland postanowił podejść do tematu z innej strony. Zamiast zmieniać samą katodę, naukowcy skupili się na zachowaniu elektrolitu. Wykorzystali reakcję znaną z chemii organicznej, która sprawia, że elektrolit łatwiej oddaje i przyjmuje elektrony.

Dzięki temu jego rozkład przebiega w bardziej kontrolowany sposób. Zamiast niszczyć powierzchnię katody, elektrolit tworzy na niej równą i stabilną warstwę ochronną. Taka powłoka działa jak tarcza, która spowalnia dalsze procesy degradacji.

Warstwa dopasowana do potrzeb

Co ciekawe, nowa metoda nie daje jednego, sztywnego efektu. Badacze zauważyli, iż skład oraz grubość warstwy ochronnej można regulować. Grubsza powłoka lepiej chroni katodę i wydłuża życie baterii, ale może nieco ograniczać szybkość przepływu jonów. Cieńsza warstwa zapewnia wyższą moc i lepsze osiągi, kosztem krótszej trwałości.

To oznacza, że baterie można byłoby dostosowywać do konkretnych zastosowań. Inne parametry byłyby ważne w magazynach energii, gdzie liczy się czas, a inne w autach elektrycznych czy elektronice, gdzie kluczowa jest moc i szybkie ładowanie.

Szansa na szybsze wdrożenie

Eksperci podkreślają, że dużą zaletą tego rozwiązania jest jego prostota. Metoda opiera się na znanych reakcjach chemicznych i nie wymaga nowych materiałów ani radykalnych zmian w konstrukcji ogniw. To zwiększa szanse na jej wykorzystanie w przemyśle bez podnoszenia kosztów produkcji. Jak zaznaczają badacze, technologia jest jeszcze na wczesnym etapie testów. Potrzebne są długoterminowe badania bezpieczeństwa i trwałości.