Nova formula mijenja sve? "Baterije će trajati dulje, a puniti se brže nego ikad"

Nova studija dovela je u pitanje gotovo sto godina staru jednadžbu i ponudila alternativna rješenja.

U srži svih litij-ionskih baterija jednostavna je reakcija: litijevi ioni u otopini elektrolita interkaliraju se (umetnu se) u čvrstu elektrodu tijekom pražnjenja baterije. Kada se deinterkaliraju i vrate u elektrolit, baterija se puni.

Taj se proces događa tisuće puta tijekom njezinog životnog vijeka, a količina energije koju može generirati i koliko se brzo može napuniti ovisi o tome koliko se brzo odvija ova reakcija, prenosi tportal.

Međutim malo se zna o točnom mehanizmu ove reakcije ili čimbenicima koji kontroliraju njezinu brzinu.

Nova studija MIT-a

U novoj studiji istraživači s MIT-a izmjerili su brzine interkalacije litija u raznim materijalima baterija i koristili te podatke za razvoj novog modela kontrole reakcije.

Njihov model sugerira da je interkalacija litija regulirana procesom prijenosa spojenih iona i elektrona, u kojem se elektron prenosi na elektrodu s litijevim ionom.

Uvidi dobiveni iz ovog modela mogli bi voditi do dizajna snažnijih i brže punjivih litij-ionskih baterija. Novi model također bi mogao pomoći znanstvenicima u razumijevanju toga zašto postavljanje elektroda i elektrolita na određene načine dovodi do povećanja energije, snage i vijeka trajanja baterije, što je proces koji se dosad uglavnom oslanjao na metodu pokušaja i pogrešaka.

Sto godina star model

Desetljećima su znanstvenici pretpostavljali da je brzina interkalacije litija na elektrodi litij-ionske baterije određena brzinom difuzije litijevih iona iz elektrolita u elektrodu. Vjerovali su da je ova reakcija regulirana modelom poznatim kao Butler-Volmerova jednadžba, a ona je izvorno razvijena prije gotovo sto godina da bi opisala brzinu prijenosa naboja tijekom elektrokemijske reakcije.

Međutim, kada su istraživači pokušali izmjeriti brzine interkalacije litija, dobiveni rezultati nisu uvijek bili u skladu s brzinama predviđenim Butler-Volmerovom jednadžbom. Uz to, bilo je teško dobiti dosljedna mjerenja u različitim laboratorijima jer su različiti istraživački timovi izvještavali o mjerenjima za istu reakciju koja su se razlikovala za faktor do milijardu.

Ne odgovaraju predviđanjima tradicionalnog modela

U novoj studiji MIT-ov tim mjerio je brzine interkalacije litija elektrokemijskim postupkom koji uključuje primjenu ponovljenih, kratkih napona na elektrodu.

Ova mjerenja generirala su za više od 50 kombinacija elektrolita i elektroda, uključujući litij-nikal-mangan-kobalt-oksid, koji se obično koristi u baterijama električnih vozila, i litij-kobalt-oksid, koji se nalazi u baterijama što napajaju većinu mobitela, prijenosnih računala i druge prijenosne elektronike.

Za ove materijale izmjerene brzine su mnogo niže nego što je prethodno bilo poznato i ne odgovaraju onome što bi predvidio tradicionalni Butler-Volmerov model.