Baterie alkaliczne oraz akumulatory litowo-jonowe to najpopularniejsze współcześnie stosowane rodzaje ogniw. Ich żywotność i wydajność wciąż jest ograniczona, dlatego badacze nieustannie próbują znaleźć ich nowsze odpowiedniki.

W dzisiejszym artykule przyjrzymy się szerzej, nad czym pracują naukowcy i sprawdzimy, jak mogą wyglądać akumulatory oraz baterie w niedalekiej przyszłości. Zapraszamy do lektury!

Nad czym pracują badacze z niemieckiego Karlsruhe?

Warstwa pasywna powstająca ma powierzchni elektrod ogniw litowo-jonowych bezpośrednio wpływa na ich rzeczywistą liczbę cykli ładowania-rozładowania, po której przestają działać efektywnie. To właśnie ona przyczynia się do utrzymywania pojemności litowo-jonowego akumulatorka na odpowiednio wysokim poziomie. Naukowcy z Karlsruhe odkryli powody procesu powstawania wspomnianej warstwy na elektrodach (tzw. interfazy elektrolitu stałego – SEI).

Według badań opublikowanych na łamach magazynu Advanced Energy Materials organiczna powłoka SEI rozwija się w procesie, w którym pośredniczy roztwór elektrolitu. Na skutek zjawiska agregacji prekursorów SEI z dala od powierzchni zachodzi później szybki wzrost jąder. Efektem jest powstawanie na elektrodach porowatej warstwy, pokrywającej powierzchnię elektrody. Odkrycie pozwoliło zidentyfikować parametry, wpływające na grubość powstającej w ten sposób powłoki.

Co to oznacza dla producentów? Do niedawna grubość warstwy pasywnej miała charakter losowy. Inżynierowie nie wiedzieli, jak w praktyce mogą wpłynąć na jej parametry. Odkrycie badaczy pozwala zatem na dokładniejszą kontrolę procesów elektrochemicznych w produkowanych akumulatorach oraz bateriach. Pomoże to w projektowaniu i produkcji ogniw, pozwalających na dłuższe magazynowanie energii i lepsze utrzymanie znamionowej pojemności.

Polscy naukowcy na tropie akumulatorów i baterii przyszłości?

Polscy naukowcy nie pozostają w tyle i również szukają nowych możliwości rozwoju baterii oraz akumulatorów. Uczeni z Uniwersytetu Warszawskiego od lat pracują m.in. nad konstrukcją kwasowych, ładowalnych ogniw elektrycznych cynkowo-manganowych oraz innowacjami w zakresie akumulatorów litowo jonowych. Jednym z ich najnowszych osiągnięć jest opracowanie wyspecjalizowanej metody Limited Volume Electrode (LVE).

Metoda LVE ma zastosowanie w badaniach podstawowych wodoru w materiałach wodorochłonnych. Co naukowcy zyskują, dysponując tym narzędziem? LVE pozwala na skonstruowanie wysokoenergetycznych ogniw ołowiowo-kwasowych, a także szybszy postęp prac nad recyklingiem baterii alkalicznych oraz zwykłych baterii cynkowo-węglowych. Badacze współpracują z biznesem i przemysłem, m.in. firmą VARTA Microbattery.

Nad czym aktualnie pracują polscy naukowcy? Jednym z głównych celów prowadzonych badań jest stworzenie ekologicznych, a zarazem tanich metod magazynowania energii elektrycznej, co ma związek m.in. z polityką klimatyczną Unii Europejskiej. Dodajmy, że Polacy pracują również nad wykorzystaniem krzemu do budowy pojemniejszych ogniw. Wyzwaniem w projektowaniu baterii krzemowych jest z pewnością zjawisko „puchnięcia” w procesie eksploatacji.

Ogniwa sodowo-siarkowe następcą technologii akumulatorów litowych?

Czterokrotny wzrost pojemności w porównaniu z akumulatorami Li-Ion? Taką perspektywę otwierają przed Tobą naukowcy pracujący nad nową technologią akumulatorków sodowo-siarkowych. Warto zaznaczyć, że proces produkcji jest przyjazny dla środowiska i niedrogi.

Aktualnym owocem badań zespołu naukowców pod wodzą dra Shenlonga Zhao z University of Sydney jest bateria guzikowa sodowo-siarkowa. Teoretyczna pojemność ogniwa jest wysoka i według projektów może wynieść ponad 1600 mAh. Obecnie badacze stworzyli mniejszy akumulatorek, utrzymujący swoje właściwości w temperaturze pokojowej. Co ważne testowane ogniwo zachowało swoją pojemność w 50% przez 1000 cykli ładowania!

A może wolisz baterie litowo-siarkowe?

Czy technologia rozwoju ogniw jednokrotnego użytku oraz wielokrotnego ładowania może nas czymś zaskoczyć? Okazuje się, że istnieją praktyczne projekty, gdzie katoda jest wykonana z siarki, co pozwala na zwiększenie wydajności akumulatorów w porównaniu z tradycyjnymi ogniwami litowo jonowymi. Badacze twierdzą, że ta technologia może z powodzeniem znaleźć zastosowanie w pojazdach elektrycznych, zwiększając ich zasięg.

Z pewnością perspektywa jest niezła! Zaletą siarki jest jej niska cena i wysoka dostępność. Z kolei proces technologiczny wytwarzania akumulatora jest zbliżony do stosowanego w produkcji ogniw Li-Ion. Dzięki temu zakłady produkcyjne mogą rozpocząć produkcję baterii litowo-siarkowych niemalże od razu, bez potrzeby zmiany maszyn czy linii technologicznych. Dodajmy, że sam proces jest bardziej ekologiczny – produkcja baterii wymaga aż o 25% mniej energii!

Jakie będą akumulatory i baterie przyszłości?

Zarówno rozwój elektromobilności, jak i mniejszych urządzeń elektroniki użytkowej oraz profesjonalnej wymusza na konstruktorach poszukiwanie nowych sposobów magazynowania energii. Energooszczędne projektowanie nie jest jedyną drogą, jaką muszą iść inżynierowie. W parze z inteligentnym zarządzaniem zużyciem energii elektrycznej musi iść optymalizacja akumulatorów oraz baterii pod kątem pojemności, żywotności oraz wymiarów.

Warto w tym miejscu przytoczyć przykład Toyoty. Inżynierowie firmy zakładają, że ich praca pozwoli na opracowanie nowych rodzajów baterii do pojazdów elektrycznych. Ogniwa mają być ładowane w czasie 10 minut i pozwalać na przejechanie – bagatela – nawet 1500 kilometrów! Obecnie ich prace zaowocowały stworzeniem baterii, umożliwiających przejechanie 500 km po ładowaniu przez „zaledwie” pół godziny.

Wiesz już, jak mogą wyglądać baterie oraz akumulatory przyszłości. Jeżeli już dziś szukasz wydajniejszych ogniw do urządzeń codziennego użytku oraz elektroniki profesjonalnej, to sprawdź ofertę baterii i akumulatorów w sklepie internetowym BTO! Śledź również nasz blog o akumulatorach i bateriach, by być na bieżąco.