Μπαταρίες: το «άγιο δισκοπότηρο» για αποδοτικότερη αποθήκευση ενέργειας

0
4

Ύστερα από προσπάθειες πολλών ετών και αλλεπάλληλες αποτυχίες, αμερικανοί ερευνητές πέτυχαν αυτό που θεωρείτο το «άγιο δισκοπότηρο» στο πεδίο των μπαταριών: τη δημιουργία μιας ανόδου (αρνητικού πόλου) μπαταρίας από καθαρό λίθιο.

Το επίτευγμα αναμένεται να αυξήσει στο μέλλον δραστικά την αποτελεσματικότητα των μπαταριών, οδηγώντας σε ακόμη μικρότερες και ελαφρότερες μπαταρίες με μεγαλύτερη ενεργειακή απόδοση τόσο για φορητές ηλεκτρονικές συσκευές, όσο επίσης και για ηλεκτρικά οχήματα.

Οι ερευνητές -μεταξύ των οποίων ο μέχρι πρόσφατα υπουργός Ενέργειας των ΗΠΑ και νομπελίστας Στίβεν Τσου- με επικεφαλής τον καθηγητή Γι Τσούι του Τμήματος Επιστήμης Υλικών της Σχολής Μηχανικής του Πανεπιστημίου Στάνφορντ της Καλιφόρνια, που έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό νανοτεχνολογίας «Nature Nanotechnology», χρησιμοποίησαν νανοσφαιρίδια άνθρακα για να προστατέψουν το λίθιο από τις χημικές αντιδράσεις που ώς τώρα περιόριζαν τη χρήση του στην άνοδο μιας μπαταρίας.

Σε όλο τον κόσμο, οι μηχανικοί πασχίζουν να σχεδιάσουν επαναφορτιζόμενες μπαταρίες με μικρότερο μέγεθος και βάρος, αλλά με μεγαλύτερη ανθεκτικότητα. Όλες οι μπαταρίες έχουν τρία βασικά μέρη: έναν ηλεκτρολύτη, μία άνοδο και μία κάθοδο, ανάμεσα στις οποίες κινούνται τα ηλεκτρόνια. Οι σημερινές ευρέως χρησιμοποιούμενες μπαταρίες είναι ιόντων λιθίου, με το λίθιο να βρίσκεται μόνο στον ηλεκτρολύτη, αλλά όχι στην άνοδο.

«Από όλα τα πιθανά υλικά που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν σε μία άνοδο, το λίθιο έχει τις μεγαλύτερες δυνατότητες. Γι” αυτό μερικοί το αποκαλούν “άγιο δισκοπότηρο”. Είναι πολύ ελαφρύ και έχει την μεγαλύτερη ενεργειακή πυκνότητα, παρέχοντας περισσότερη ενέργεια ανά όγκο και βάρος» τόνισε ο Τσούι. Μέχρι σήμερα είχε αποδειχτεί πρακτικά αδύνατο να χρησιμοποιηθεί το λίθιο στον αρνητικό πόλο και πολλοί είχαν εγκαταλείψει τις προσπάθειές τους.

Ο Τσου από την πλευρά του δήλωσε ότι «θα ήταν θαυμάσιο αν μπορούσαμε να τετραπλασιάσουμε τη χωρητικότητα των μπαταριών σε σχέση με τις σημερινές. Θα είχαμε τότε μπαταρίες κινητών τηλεφώνων με διπλάσια ή τριπλάσια διάρκεια ζωής».

—Τα προβλήματα με το λίθιο

Σήμερα, σε μια μπαταρία ιόντων λιθίου η άνοδος (αρνητικός πόλος) αποτελείται συνήθως από γραφίτη ή πυρίτιο. Ένα πρόβλημα που υπάρχει με το λίθιο, είναι ότι μπορεί να υπερθερμανθεί σε επικίνδυνο σημείο, ακόμη και έκρηξης.

Ένα άλλο είναι ότι διαστέλλεται υπερβολικά κατά τη φόρτιση, δημιουργώντας ρωγμές στην άνοδο της μπαταρίας.

Ακόμη, αντιδρά χημικά με τον ηλεκτρολύτη, με συνέπεια την μείωση της διάρκειας ζωής της μπαταρίας.

—Η λύση

Όλα αυτά τα τεχνικά προβλήματα λύθηκαν εν μέρει χάρη στη δημιουργία ενός εύκαμπτου προστατευτικού στρώματος από νανο-άνθρακα, πάχους 2ο νανομέτρων, γύρω από τον αρνητικό πόλο από λίθιο.

Αυτό σταθεροποιεί το λίθιο στην άνοδο και το κάνει πλέον ασφαλές, χωρίς να εμποδίζει τις διαστολές-συστολές του κατά τις φάσεις φόρτισης-αποφόρτισης. Παρόλα αυτά χάνει το σχήμα του εξαιτίας της συστολής-διαστολής του λιθίου.

Το μεγάλο εμπόδιο που πρέπει να υπερπηδηθεί για την εμπορική εκμετάλλευση της τεχνολογίας είναι ότι οι μπαταρίες που κυκλοφορούν στο εμπόριο έχουν αποδοτικότητα κουλόμπ της τάξης του 99,9% ή και περισσότερο.

Από την άλλη πλευρά, η καλύτερη επίδοση μπαταριών με ηλεκτρόδιο λιθίου έχει φτάσει στο 96% και πέφτει στο 50% μετά από 100 κύκλους φόρτισης. Η συγκεκριμένη έχει φτάσει το 99% σε 150 κύκλους ωστόσο το διάστημα που μένει να διανυθεί θεωρείται μεγάλο.

Πηγή in.gr

Σχόλια