Naukowcy z MIT i Sandia National Laboratory dokonali długo oczekiwanego postępu w badaniach nad akumulatorami litowo-powietrznymi. Ich badania dały wgląd w reakcje elektrochemiczne, które zachodzą, w trakcie ładowania akumulatorów.

Zgodnie z rokowaniami i obietnicami akumulatory litowo-powietrzne będą miały 5 do 10 razy większą pojemność niż tradycyjne akumulatory litowo-jonowe, nic więc dziwnego, że wielu naukowców upatruje w nich szansę uczynienia niszowego jak dotąd rynku pojazdów elektrycznych (opartego na litowo-jonowych akumulatorach) bardziej znaczącym segmentem przemysłu  automotoryzacyjnego.  

Pojazdy elektryczne to ciągle chwytliwy temat dla gazet. Niedawno Tesla Model S, pomimo długiego czasu ładowania i akumulatora zdolnego do zasilenia samochodu elektrycznego na odległość zaledwie 425 km, wygrał najważniejsze wyróżnienie Consumer Reports przyznawane automobilom.

Akumulatory zasilające pojazdy elektryczne potrzebują jednak jeszcze wielu ulepszeń, aby móc w pełni konkurować z tradycyjnymi napędzanymi paliwem automobilami potrzebującymi zaledwie 2 min do napełnienia baku, na którym można przejechać aż do 650 km. I chociaż niewątpliwie nastąpiła poprawa akumulatorów litowo-jonowych (Li-Ion), które są obecnie wykorzystywane do zasilania pojazdów elektrycznych, to od dawna słychać pogłoski, że z technicznego punktu widzenia  badania nad akumulatorami litowo-jonowymi były stratą czasu. Akumulatory litowo-jonowe zasilające samochody elektryczne, aby na równi konkurować ze spalinowymi pojazdami musiałyby osiągać moc około 10 00 Wh/kg. Nawet dwukrotnie zwiększenie możliwości dzisiejszych akumulatorów  litowo-jonowych, a więc do 400 Wh/kg będzie nadal niezadowalającym wynikiem w zestawieniu z silnikami spalinowymi.

%galeria%

Jako zauważył Stephen Chu, były Sekretarz ds. Energii, akumulatory muszą mieć sześć do siedmiu razy większą pojemność niż dzisiejsze modele, aby być móc w pełni konkurować z silnikami spalinowymi.

Tymi akumulatorami mogą okazać się akumulatory litowo-powietrzne dysponujące do 10 razy większą pojemnością niż akumulatory litowo-jonowe. Jednak jak do tej pory wykorzystanie tego typu  akumulatorów poza wysoko kontrolowanymi środowiskami laboratoryjnymi stanowiło nie lada wyzwanie dla naukowców.

Naukowcy z MIT i Sandia Natinal Laboratory wykorzystali elektronowy mikroskop transmisyjny (TEM), aby zajrzeć do jednego z punktów zapalnych w dalszym rozwoju tych akumulatorów: reakcji znanej jako ewolucja tlenu. To właśnie wtedy badacze po raz pierwszy zaobserwowali utlenianie nadtlenkiem litu, który jest produktem ubocznym powstającym  podczas rozładowywania akumulatora litowo-powietrznego. Obserwacje wykazały, że nadtlenek litu tworzy się głównie na powierzchni międzyfazowej substratu, wykonanego z koncentrycznych nanorurek węglowych. W takim położeniu nadtlenek litu  stawia opór przepływowi elektronów, zachowuje się jak więc przeszkoda w przepływie elektronów i upośledza ładowanie akumulatora. Jednak naukowcy odkryli również, że podczas ładowania, w czasie gdy elektrony przechodzą przez nanorurki węglowe, cząstki nadtlenku litu, które powstały podczas rozładowywania baterii kurczą się. Oznacza to, że poprawiając transport elektronów w akumulatorach można by znacznie przyśpieszyć ich ładowanie.  

"Ta praca nakreśliła główny warunek ograniczający transport elektronów...dostarczyła decydującego wkładu w badania.” Jest doskonałym przykładem tego, jak badania podstawowe mogą znacznie poprawić naszą wiedzę i pomóc w rozwiązywaniu istotnych problemów”. mówi Jie Xiao z Pacific Northwest National Laboratory.

 Co prawda badania te  nie precyzują jasno jak można zastosować baterie litowo-powietrzne poza ich obecnym  laboratoryjnym wykorzystaniem, może warto więc skupić się na badaniami nad akumulatorami pojazdów elektrycznych, które w przyszłości mają realną szansę konkurować z tradycyjnymi automobilami.

źródło: nanonet.pl (tu)

źródło zdjęcia: (tu)

 

Podziel się: