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. W nowych badaniach naukowcy przybliżają 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 w Pacific Northwest National Laboratory. Ten nie tylko informuje nas o samym powodzie awaryjności akumulatorów, ale też wskazuje, 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. Jednak 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. Dendryty i wąsy ponadto powstrzymują powszechne stosowanie akumulatorów litowo-metalowych, które mają wyższą gęstość energii niż ich powszechnie stosowane odpowiedniki litowo-jonowe.
Zespół PNNL odkrył, że pochodzenie wąsów w akumulatorze litowo-metalowym leży w strukturze znanej jako „SEI” (interfazie litowo-elektrolitowej), a więc warstwie, w której litowa powierzchnia anody styka się z ciekłym elektrolitem. Ponadto naukowcy wskazali winowajcę w procesie wzrostu: węglan etylenu, niezbędny rozpuszczalnik dodawany do elektrolitu w celu zwiększenia wydajności akumulatora.
Przepis na elektrolit
Zespół poszedł po swoich odkryciach za ciosem i zaczął eksperymentować z innymi mieszankami w elektrolicie. Jako że poziom węglanu etylenu bezpośrednio koreluje ze wzrostem dendrytu i wąsów, to postanowili zarówno minimalizować jego działanie, jak i je wykluczać, zmieniając składniki. Nadal ewentualny „ratunek dla baterii litowych” wymaga jednak dopracowania.
