Tehnica prin care chiar și bateriile vechi vor fi la fel de bune ca unele noi

Bateriile litiu-ion și alte tehnologii emergente pe bază de litiu sunt utilizate în prezent pentru alimentarea unei game largi de dispozitive, inclusiv smartphone-uri, laptopuri, tablete și camere. În ciuda avantajelor lor, bateriile care conțin litiu nu își păstrează întotdeauna performanța în timp.

Unul dintre principalele motive pentru decăderea performanței observate în unele baterii pe bază de litiu este că litiul conținut în ele devine uneori inactiv sau „mort”. Acest „litiu mort” poate provoca degradarea capacității, ceea ce poate reduce, în cele din urmă, durata de viață a unei baterii și îi poate afecta performanța.

Cercetătorii de la Universitatea Tehnologică Zhejiang din China și Laboratorul Național Argonne din SUA au conceput recent o strategie pentru a restabili litiul inactiv în anozii litiu metal. Această strategie, prezentată într-o lucrare publicată în Nature Energy, se bazează pe o reacție chimică cunoscută sub numele de “redox de iod”.

Acesta ar putea fi viitorul pentru bateriile vechi

Interfața solid-electrolit este un strat care este produs pe anodul bateriilor litiu-ion în timpul primelor câtorva cicluri de încărcare. Acest strat joacă un rol crucial în asigurarea eficienței, stabilității și siguranței bateriilor.

Cum usucă japonezii hainele în casă iarna, fără calorifer sau uscător. Patru trucuri utile care te vor scoate din impas

Când intră ultima tranșă de bani pe cardurile sociale în 2024. De anul viitor, suma scade la jumătate

Într-o celulă tipică a bateriei litiu-ion cu un anod de grafit convențional, interfața solid-electrolit (SEI) este formată în mod obișnuit din LiF, combinat cu Li2CO3, carbonat de alchil și alte substanțe. Studii recente au arătat că în bateriile cu un anod Li metal, SEI este fabricat în principal din Li2O.

În aceste baterii, variația volumului placării litiului poate compromite integritatea mecanică și rolul interfeței solid-electrolit. La rândul său, acest lucru poate duce la formarea de „litiu mort”.

Studiile anterioare au propus o serie de strategii pentru îmbunătățirea performanțelor bateriilor cu anozi metalici de litiu. De exemplu, unii cercetători au încercat să utilizeze structuri artificiale SEI sau aditivi electroliți reglați SEI, cum ar fi hexafluorofosfatul de cesiu sau carbonatul de fluoroetilenă. Cu toate acestea, au descoperit că variația volumului placării litiului determină ruperea SEI, expunând litiul la electrolit și ducând la formarea unui nou SEI. Aceste daune și reparații SEI continue pot afecta performanța unei baterii în timp.

În lucrarea lor, Chengbin Jin și colegii săi de la Universitatea Zhejiang și Laboratorul Național Argonne au încercat să cuantifice cantitatea de Li2O din stratul SEI format pe anozii metalici de litiu. În plus, au investigat rolul SEI-urilor inactive în producția de metal litiu mort izolat electric.

Cum funcționează această tehnică

„O soluție fundamentală pentru recuperarea litiului mort este urgent necesară pentru stabilizarea bateriilor litiu-metalice”, au scris cercetătorii în lucrarea lor. „Cuantificăm componentele SEI și determinăm relația lor cu formarea litiului metal mort izolat electric”.

Descoperirile adunate de Jin și colegii săi sugerează că pierderea litiului în SEI și resturile de litiu moarte sunt principalele cauze ale degradării performanței observate adesea în bateriile metalice din litiu. Această observație i-a inspirat să elaboreze o metodă de restabilire a litiului mort, utilizând o reacție chimică redox cu iod.

Folosind strategia de proiectare pe care au dezvoltat-o, Jin și colegii săi au reușit să creeze o celulă completă a bateriei cu foarte puțin litiu în anod. Această celulă a avut o durată de viață remarcabilă de o mie de cicluri și a obținut o eficiență Coloumbic ridicată de 99,9%.

Pentru a evalua în continuare eficacitatea strategiei lor de restaurare a litiului, cercetătorii au combinat anodul cu catozii comerciali și au creat o celulă. Această celulă a obținut rezultate foarte promițătoare, atât în ​​ceea ce privește ciclul de viață, cât și eficiența.

În viitor, strategia concepută de această echipă de cercetători ar putea determina dezvoltarea unor baterii noi, cu performanțe mai bune, cu anozi metalici din litiu. În plus, ar putea fi utilizat pentru a extinde durata de viață a ciclurilor de celule litiu-ion existente și alte tehnologii de baterii pe bază de litiu.