Znanstvenici s Harvarda uključili su se u utrku za stvaranjem najbolje baterije za električna vozila. One koja bi imala velik kapacitet, malene dimenzije i koja bi se mogla puniti tisućama puta.
Istraživači s Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) tako su se pohvalili kako su razvili novu bateriju od litija koja se može puniti i prazniti najmanje 6000 puta, a vrijeme punjenja je rekordno kratko.
Istraživanje objavljeno u časopisu Nature Materials otkriva kako su istraživači osmislili novi način izrade čvrstih baterija.
Baterije s litijevom metalnom anodom smatraju se svetim gralom baterija jer imaju deset puta veći kapacitet od komercijalnih grafitnih anoda i mogu drastično povećati udaljenost vožnje električnih vozila, rekao je Xin Li , izvanredni profesor znanosti o materijalima na SEAS-u i viši autor studije. Naše istraživanje važan je korak prema praktičnijim čvrstim baterijama za industrijske i komercijalne primjene.
Upravo je dizajn anode bio jedan od najvećih izazova za Xin Lia i njegove kolege. Naime, trebalo je osmisliti kako spriječiti nastanak dendrita, struktura koje rastu poput korijena u elektrolitu i probijaju barijeru koja razdvaja anodu i katodu te uzrokuju kratki spoj.
Kako su pojasnili u studiji, dendriti nastaju kada se ioni litija kreću od katode do anode tijekom punjenja, pričvršćujući se na površinu anode u procesu koji se naziva oplata. Presvlaka na anodi stvara neravnu, nehomogenu površinu, poput plaka na zubima, i omogućuje dendritima da se ukorijene. Kada se isprazni, taj sloj nalik na plak treba skinuti s anode, a kada je oplata neravnomjerna, postupak skidanja može biti spor i rezultirati rupama koje izazivaju još više neravnomjernog nanošenja u sljedećem punjenju.
Li i njegov tim 2021. godine razvili su jedan od načina rješavanja problema pojave dendrita. Dizajnirali su višeslojnu bateriju koja između anode i katode ima različite materijale različite stabilnosti. To kontrolira i obuzdava prodiranje litijevih dendrita.
No, u posljednjoj studiji, Li i njegov tim uspjeli su zaustaviti stvaranje dendrita uporabom čestica silicija u anodi.
U našem dizajnu, metalni litij se omotava oko čestice silicija, poput tvrde čokoladne ljuske oko jezgre lješnjaka u čokoladnom tartufu, slikovito je opisao Li.
Takav dizajn sprječava rast dendrita i omogućuje ponovno punjenje baterije za samo 10 minuta.
Da bi dokazali kako njihov dizajn funkcionira, izradili su bateriju veličine poštanske marke. Tijekom testiranja, njihova je baterija zadržala 80 posto svog kapaciteta nakon 6000 ciklusa punjenja.
Osim što su osmislili novi dizajn litijske baterije, Lijev tim otkrio je i da cijeli niz drugih materijala potencijalno može dati slične rezultate u baterijama, poput, recimo, srebra.
Sljedeći je korak provjeriti zadržava li novi dizajn iste sposobnosti i kad je u pitanju veća baterija, s većim kapacitetom, kao što su one u električnim vozilima.
