Wiemy już jak ważną rolę odgrywa temperatura w procesie ładowania, ale po raz pierwszy dociera do nas nowina o „nowym świetle”, jakie badacze z amerykańskiego Departamentu Energii na niego rzucili.
Ogłosili bowiem zupełnie nowy mechanizm przyspieszenia ładowania akumulatorów litowo-jonowych w pojazdach elektrycznych. Ta sprowadza się po prostu do wystawienia katody na wiązkę skoncentrowanego światła – na przykład białego światła z lampy ksenonowej – co zmniejsza czas ładowania akumulatora o dwa lub więcej razy. Chyba nie muszę wspominać, jak ważne jest to odkrycie?
Zazwyczaj akumulatory litowo-jonowe są powoli ładowane w celu uzyskania pełnej reakcji elektrochemicznej i zniwelowania procesu degradacji ogniw. Ta reakcja polega na usunięciu litu z katody tlenkowej i wstawieniu go do anody grafitowej. Jak skomentował Christopher Johnson, lider zespołu:
Chcieliśmy znacznie skrócić tę reakcję bez uszkadzania elektrod w wyniku wyższego przepływu prądu.
Dzisiejsze baterie litowo-jonowe działają bez jakiejkolwiek ekspozycji na światło, ponieważ są umieszczone w obudowie. Dlatego nowa technologia wykorzystuje przezroczysty pojemnik, który pozwala skoncentrowanemu światłu oświetlić elektrody akumulatora podczas ładowania. Aby go zbadać, zespół badawczy stworzył małe ogniwa litowo-jonowe z przezroczystymi oknami kwarcowymi. Następnie przetestowali te komórki z lub bez białego światła wpadającego przez okno na katodę.
Kluczowym składnikiem tej korzystnej reakcji jest wzajemne oddziaływanie światła z materiałem półprzewodnikowym, o którym wiadomo, że oddziałuje ze światłem. Absorbując fotony w świetle podczas ładowania, pierwiastek manganu w LMO zmienia swój stan naładowania z trójwartościowego na czterowartościowy (Mn3+ na Mn4+). W odpowiedzi jony litu wyrzucają się z katody szybciej, niż miałoby to miejsce bez procesu wzbudzania fotonów.
Ten warunek przyspiesza reakcję baterii. Zespół odkrył, że szybsza reakcja spowodowała szybsze ładowanie bez pogorszenia wydajności akumulatora lub żywotności.
To odkrycie jest pierwszym tego rodzaju połączeniem technologii światła i baterii, a to skrzyżowanie dobrze wróży przyszłości innowacyjnych koncepcji ładowania akumulatorów.
