Nici materiale noi, nici tehnologii noi: un aditiv și o „simplă” reacție chimică nu pot da o a doua viață unei tehnologii care ocupă poziții de lider în lume.
Fie că este vorba de un telefon mobil, un laptop, un Nintendo Switch sau un aspirator Dyson, durata de funcționare a bateriei va scădea pe măsură ce este utilizată. Da, bateriile litiu-ion au schimbat lumea și au fost standardul absolut în electronica de consum de-a lungul anilor, dar dezavantajul lor inevitabil este degradarea în timp. În timp ce căutăm alternative la această tehnologie, un grup de cercetători a găsit o soluție promițătoare într-o modificare chimică aparent simplă.
Descoperire . Ideea principală a acestei cercetări nu este schimbarea materialelor de bază ale bateriei, ci pur și simplu adăugarea unei cantități mici de aditiv: difluorofosfat de litiu. Existența sa nu este nouă, dar această cercetare, condusă de profesorul Chunsheng Wang de la Universitatea din Maryland, arată cât de eficientă este stabilizarea bateriilor.
De ce este important ? Deoarece bateriile litiu-ion sunt foarte răspândite, iar această modificare va permite creșterea duratei de viață a bateriilor, utilizând o compoziție chimică standard și ieftină. Ca rezultat al experimentului lor, s-a descoperit că acest aditiv poate fi utilizat pentru optimizarea bateriilor în scopul obținerii unei puteri și energii maxime, precum și pentru creșterea duratei de viață și a stabilității.
În practică, studiul arată cum această modificare a dus la o creștere semnificativă a capacității după sute de cicluri de încărcare și descărcare. După cum explică Wang, „este o modificare relativ simplă a bateriilor existente”. Cu alte cuvinte, după ce a trecut testele de siguranță și ciclurile de funcționare îndelungate, „ar putea deveni accesibilă consumatorilor”.
Scurtă descriere a mecanismului de funcționare al bateriei . Bateriile litiu-ion sunt formate dintr-un anod negativ și un catod pozitiv, între care se află un separator poros. Întreaga construcție este scufundată într-un electrolit destinat transportului ionilor de litiu între electrozi în timpul încărcării și descărcării.
În timpul descărcării, anodul eliberează electroni în circuitul electric (alimentând dispozitivul) și ioni în electrolit, unde se reunesc la catod. În timpul încărcării, o sursă externă (încărcătorul) inversează acest proces, „pompând” ionii înapoi la anod pentru a acumula energie în structura chimică. Scăderea capacității în timpul utilizării se datorează pierderii ireversibile de litiu ca urmare a reacțiilor chimice secundare și a oboselii mecanice a electrozilor.
Mai multe detalii. Dacă aprofundăm puțin explicația anterioară, vom descoperi interfața electrolitică solidă (SEI) — un strat subțire care se formează pe anod în timpul primelor câteva încărcări. În bateriile standard, acest strat este fragil și se distruge în timpul utilizării, consumând litiu și reducând durata de viață a bateriei.
Datorită unei reacții simple, inspirată de chimia organică, acest aditiv face electrolitul mai receptiv la acceptarea electronilor, controlând astfel degradarea. Pe scurt, acesta contribuie la formarea unui electrod electrolitic (SEI) mai durabil, elastic și omogen, acționând ca un ecran care previne reacțiile parazitare ale electrolitului cu electrozii. În plus, este o compoziție chimică flexibilă, care poate fi ajustată pentru un grad mai mare sau mai mic de protecție, iar prezența aditivului minimizează crăparea catodului.
