Możemy mieć wrażenie, że ten, kto opanuje na początku nowej dekady rewolucyjne baterie, ten będzie trzymał rozwój motoryzacji (i nie tylko) w garści. Do tego właśnie dążą naukowcy.
Ostatnio często słyszy się o badaniach, testach i odkryciach związanych z bateriami, do których zapraszam tutaj. Jednak największe nadzieje powinniśmy i tak wiązać z firmą Nikola Motors, która zapowiedziała rewolucję EV pod kątem baterii na 2020 rok. W grę wchodzi więc rychły debiut na rynku, ale to nie powstrzymuje naukowców od dalszych badań.
Podczas szczytu przemysłu nanotechnologicznego w Kioto w Japonii w 2019 roku naukowcy z 31 krajów spotkali się, aby omówić potencjalne zastosowanie nanorurek węglowych w bateriach. Po co? Aby zapobiec rozwojowi tych kłopotliwych dendrytów.
Tajemnicą nie jest, że baterie litowe są narażone zarówno na opłakaną w skutkach awarię (w postaci np. wybuchu, czy pożaru) oraz degradację ich wytrzymałości w ramach używania. We wcześniejszych badaniach naukowcy przybliżyli nam obie te kwestie, wskazując, że podstawowym problemem jest powstawanie tak zwanych dendrytów i ”wąsów”, choć te drugie są dosyć luźnym tłumaczeniem z „whiskers”.
Za dokładne opisanie tego zjawiska odpowiada zespół (powyżej) pod przewodnictwem Chongmina Wanga z Departamentu Energii z Pacific Northwest National Laboratory. Ten nie tylko poinformował nas o samym powodzie awaryjności akumulatorów, ale też wskazał , że powodem tego są niektóre związki w elektrolicie. Jest to integralna część ogniw w postaci cieczy, która tak naprawdę umożliwia akumulatorowi działanie. Zespół ma nadzieję, że odkrycie doprowadzi do nowych sposobów zapobiegania ich rozwojowi poprzez manipulowanie składnikami akumulatora.
Same dendryty to małe, sztywne i przypominające drzewa struktury, które mogą rosnąć wewnątrz baterii litowej. Kiedy już osiągną pewien stan, to zaczyna nazywać się je wspomnianymi wąsami, a więc czymś w rodzaju niewielkich igiełek. Już obie struktury powodują ogromne szkody, bo mogą m.in. przebić separator wewnątrz akumulatora. Zwiększają również niepożądane reakcje między elektrolitem a litem, co przyśpiesza wyładowywanie się i ewentualność awarii ogniw.
Wróćmy jednak do roli nanorurek grafenowych w najnowszych badaniach. Według EV Nerds, profesor Jonathan Coleman z Trinity College w Dublinie we współpracy z Nokią, zastosował już je, aby przekroczyć obecny cel branży, jakim jest osiągnięcie gęstości energii wynoszącej 300 watogodzin na kilogram w akumulatorach.
Wykorzystał nanorurki grafenowe zamiast zwykłego spoiwa i materiału przewodzącego, tworząc baterię o deklarowanej gęstości energii 400 Wh/kg i pozbawioną tendencji gromadzenia się dendrytów. Wracając jeszcze do doniesień sprzed roku, naukowcy z Rice University wspominali, że baterie litowo-metalowe mogą być odpowiedzią na stosowane dziś litowo-jonowe rozwiązania.
Wtedy twierdzili, że wystarczy, wepchnąć w nie cienkie węglowe nanorurki, a następnie pokryć litowo-metalową warstwą, aby kontrolować wzrost dendrytów, dzięki czemu można osiągnąć wydajne ładowanie i rozładowywanie akumulatorów.
