Nowa, bardziej pojemna anoda
Inżynierowie z Lawrence Berkeley National Laboratory opracowali anodę dla baterii litowo-jonowych, która potrafi przechowywać do ośmiu razy więcej jonów litu niż inne tego typu urządzenia.
Prowadzone przez ponad rok testy wykazały, że nowa anoda nie straciła w tym czasie zdolności do przyjmowania jonów i wytrzymała setki cykli ładowani/rozładowywania. Kluczem do sukcesu było opracowanie nowego polimeru, który dobrze przewodzi ładunki elektryczne i wiąże je z cząsteczkami krzemu.
Anodę stworzono z tanich materiałów, jej koszt jest porównywalny z kosztem anody w obecnie używanych bateriach. Gao Liu z LBNL zauważył, że sporym problemem dla konstruktorów anod było zwiększanie się objętości materiału podczas przyjmowania jonów i jego kurczenie się w miarę rozładowywania baterii.
- Większość dzisiejszych baterii litowo-jonowych ma anody zbudowane z grafitu, który tylko umiarkowanie zwiększa swoją objętość podczas przechowywania jonów. Krzem może przechowywać ich 10-krotnie więcej, ma największą pojemność ze znanych nam materiałów wykorzystywanych do budowy baterii litowo jonowych. Jednak problem w tym, że aż trzykrotnie zwiększa on swoją objętość - mówi Liu.
Tak znaczna zmiana objętości powoduje zaś przerwanie połączeń elektrycznych. Dlatego też wielu naukowców z całego świata stara się opracować krzemową anodę, która z jednej strony będzie bardzo pojemna, a z drugiej - podczas pracy nie dojdzie do przerwania połączeń.
Zaproponowano już kilka rozwiązań, w tym i niezwykle kosztowne pomysły. Jeden z tanich pomysłów polegał na mieszaniu cząsteczek krzemu z elastycznym polimerem oraz dodawanie sadzy, która miała odpowiadać za przewodzenie prądu. Niestety, okazało się, że wielokrotne puchnięcie i chudnięcie krzemu powoduje wytrącenie cząsteczek węgla z mieszaniny.
Naukowcy doszli do wniosku, że trzeba wykorzystać elastyczny polimer, który sam potrafi przewodzić prąd. Oczywiście przewodzące polimery istnieją nie od dzisiaj, jednak nie tworzono ich z myślą o wykorzystaniu w bateriach, nic zatem dziwnego, że ulegały one zniszczeniu lub traciły swoje właściwości po umieszczeniu w tego typu urządzeniach.
Liu i Shidi Xun postanowili wykorzystać polimery bazujące na polifluorenie (PF). Eksperymentowali z różnymi składami polimeru i badali za pomocą mikroskopu elektronowego to, co dzieje się z materiałem. Opracowali w końcu taki PF, który nie tylko wykazuje pożądane właściwości, ale jest przy okazji tani i łatwy w produkcji. Jest on również kompatybilny z istniejącymi technikami produkcyjnymi, dzięki czemu, jak poinformował Liu, już spotkał się z zainteresowaniem dużych firm.
Pomimo optymistycznych wieści musimy pamiętać, że anoda jest tylko jednym z kilku elementów baterii, które wymagają znacznego udoskonalenia.
Mariusz Błoński
