Lepsze akumulatory dla połączonego świata

Przy wsparciu programu Maria Skłodowska-Curie, dr Knut Bjarne Gandrud opracował supercienki elektrolit stały do akumulatorów. Elektrolit to czynnik chemiczny, który oddziela katodę i anodę w akumulatorze, umożliwiając przepływ ładunku elektrycznego pomiędzy nimi. Współczesne akumulatory litowo-jonowe wykorzystują ciekłe elektrolity. Jednak nowa forma produkcji elektrolitów stałych opracowana w ramach projektu SUPER-Lion może utorować drogę do ich wykorzystania w cienkich akumulatorach do urządzeń opracowywanych na potrzeby rozwijającego się rynku internetu rzeczy. Elektrolit jest supercienki (40 nanometrów), co czyni go idealnym rozwiązaniem dla mikrourządzeń. Badania doktora Gandruda nadzorował prof. Philippe Vereecken, dyrektor naukowy w ośrodku nanoelektroniki i technologii cyfrowych IMEC oraz profesor w KU-Leuven w Belgii, przy wsparciu dwóch studentów studiów magisterskich. - Nasz akumulator może pracować w temperaturze 120 stopni Celsjusza, co jest nieosiągalne dla dzisiejszych akumulatorów z ciekłym elektrolitem - mówi dr Gandrud. - Stosowane obecnie elektrolity ciekłe są łatwopalne, a żywotność akumulatorów jest ograniczona, częściowo w wyniku reakcji ubocznych między elektrodami a elektrolitem. Akumulatory litowo-jonowe wykorzystujące ciekły elektrolit są stosowane w wielu urządzeniach elektronicznych, takich jak telefony komórkowe i laptopy, ale także w samochodach elektrycznych. Większość akumulatorów litowych ze stałym elektrolitem jest zazwyczaj stosowana w mniejszych urządzeniach, które nie wymagają dużej ilości energii lub w których kluczowe znaczenie ma bezpieczeństwo, np. w implantach medycznych. Małe ale mocne Dzieje się tak dlatego, że wiele akumulatorów litowych ze stałym elektrolitem dostępnych na rynku ma ograniczoną pojemność lub działa tylko w wyższych temperaturach. Metoda wytwarzania opracowana w ramach projektu SUPER-Lion to zmienia. Badacze stworzyli nanokompozytowy elektrolit, który można łatwo zintegrować z małymi akumulatorami, co pozwala na łatwe zwiększenie energii ogniwa. Nowa metoda wytwarzania ogniw jest także skalowalna, co pozwala na produkcję masową ogniw w przystępnej cenie. Zespół przetestował nowy elektrolit w akumulatorach wykorzystujących anody wykonane z metalicznego litu, które stanowią największe wyzwanie technologiczne – w kontakcie z litem większość substancji charakteryzuje się niską stabilnością chemiczną.. Zastosowanie litu przynosi realne korzyści, ponieważ może potencjalnie zwiększyć gęstość energii ogniw akumulatorowych do poziomu powyżej 1 000 Wh/l. Zespół nie osiągnął jeszcze wszystkich swoich celów, ale jest na dobrej drodze. Opracowany przez naukowców akumulator miał zaledwie 75 procent pojemności odwracalnej klasycznego akumulatora litowo-jonowego z ciekłym elektrolitem – jest to wartość określająca stopień naładowania akumulatora po jego rozładowaniu. Najważniejszym osiągnięciem zespołu był fakt, że opracowane ogniwo było bardziej wydajne niż jego odpowiedniki z ciekłym elektrolitem, a także miało dłuższy cykl życia. - Nowy elektrolit stały nie był narażony na żadne niepożądane reakcje uboczne z elektrodami – mówi dr Gandrud. Komercjalizacja produktu może trochę potrwać. Konstruktorzy prawdopodobnie stworzą więcej małych urządzeń elektronicznych, gdy tylko dostępne będą mikroakumulatory potrzebne do ich zasilania. W przypadku większej ilości urządzeń potrzebujących mocnych mikroakumulatorów, produkcja tych akumulatorów wymagałaby większych inwestycji prywatnych. – To problem w rodzaju »co było pierwsze – jajko czy kura« – mówi prof. Vereecken. Potencjał rynkowy elektrolitów stałych przekłada się na duże zainteresowanie ze strony naukowców. – Dofinansowanie ze środków unijnych było dla nas kluczowe – mówi dr Gandrud. – Trudno pozyskać finansowanie z powodu silnej konkurencji. Źródło: CORDIS