Nanotechnologia w bateriach

Nanotechnologia ulepszy akumulatory

Choć istnieją  dobrze rokujące typy baterii,  które teoretycznie mogłyby przechowywać siedmiokrotnie więcej energii niż tradycyjne akumulatory, wszystkie mają poważną wadę. Nie da się ich doładować przed całkowitym wyczerpaniem się akumulatora, co sprawia, że stają się bezużyteczne np. w przypadku samochodów elektrycznych. Nowe rozwiązanie naukowców ze Stanford pozwala na zwiększenie ładowań na każdym poziomie dzięki użyciu specjalistycznej nanostruktury.

Nowatorska bateria może być ładowana nawet do 1000 razy (tradycyjna do 150) bez utraty zdolności przechowywania (oczywiście wraz z kolejnymi ładowaniami spada ona, jednak nieporównywalnie wolniej niż w bateriach litowo-jonowych). W niektórych pojazdach elektrycznych oznacza to w praktyce jazdę na jednej baterii przez kilka lat.

Komercjalizacja tego rozwiązania przełoży się na podwojenie zdolności magazynowania w wielu samochodach elektrycznych –wyjaśnia Yi Cui profesor materiałoznawstwa i inżynierii na Uniwersytecie Stanforda – bateria zachowuje 81% zdolności po 500 ładowaniach, a 67% po 1000 cyklach. Takie nanomateriały mogą stać się szybko i bez problemu produktami wytwarzanymi masowo.

Nanostruktury rozwiążą dwa podstawowe problemy baterii litowo-siarkowych. Kiedy następuje ich rozładowanie, aa anodzie zachodzi utlenianie litu, na katodzie natomiast następuje redukcja siarki do wielosiarczków i dalej do siarczku litu. Podczas ładowania ma miejsce proces odwrotny – wydzielanie litu na anodzie i utlenianie siarczku i wielosiarczków na katodzie.  Ta reakcja nie jest jednak bezpośrednia. Następuje zbyt duże uwolnienie się wielosiarczków z elektrody przez co spada zdolność magazynowania energii w baterii. Po kilkunastu takich cyklach, bardzo zmniejsza się pojemność energetyczna akumulatora.

Choć prowadzone badania wykazały, że nanomateriały zatrzymują związki siarki w elektrodzie, to pojawił się kolejny problem. Pęczniejące związki siarki niszczą nanostrukturę, co w konsekwencji prowadzi do „ucieczki" wielosiarczków

Naukowcy zbudowali więc kuliste nanocząsteczki siarki pokryte tlenkiem tytanu. Ma to uniemożliwić ucieczkę wielosiarczków z elektrody. Następnie rozpuszczono siarkę w środku cząsteczki, tworząc pustą przestrzeń w środku. Umożliwia ona zwiększanie się siarki bez niszczenia otoczki z tlenku tytanu.

Choć często to rozwiązanie jest wystarczające, w przypadku baterii dla samochodów możliwe jest osiągnięcie 80% wydajności przy 3000ładowaniach.  Pozwoliłoby to na pełne doładowanie przez okres użytkowania samochodu. Celem naukowców jest więc maksymalne zwiększenie pojemności ładowania baterii samochodowych.

(ma)