Νότιοκορεάτες επιστήμονες παρουσίασαν πρόσφατα έναν νέο διαχωριστή από πολυμερή υγρών κρυστάλλων, ο οποίος, κατά τη δοκιμή του σε μπαταρία λιθίου-μετάλλου, διατήρησε το 94% της χωρητικότητάς του έπειτα από 100 κύκλους φόρτισης-εκφόρτισης, με ρυθμό φόρτισης 4C.
Η ανάπτυξη της έρευνας
Ο διαχωριστής αναπτύχθηκε από ερευνητική ομάδα στο Κορεατικό Προηγμένο Ινστιτούτο Επιστήμης και Τεχνολογίας (KAIST). Σύμφωνα με πληροφορίες, θα μπορούσε να βελτιώσει τη σταθερότητα της μπαταρίας και την ταχύτητα φόρτισης, επιτρέποντας στους οδηγούς να φορτίζουν τα ηλεκτρικά τους οχήματα σε μόλις 15 λεπτά.
Την έρευνα διηύθυναν οι Dong Ki Yoon (PhD) και Hye Ryung Byon (PhD), καθηγητές στο Τμήμα Χημείας του KAIST. «Οι μπαταρίες λιθίου-μετάλλου μπορούν να αποθηκεύσουν περισσότερη ενέργεια από τις συμβατικές μπαταρίες», δήλωσαν. «Ωστόσο, κατά τη διάρκεια της φόρτισης, το λίθιο μπορεί να συσσωρευτεί σχηματίζοντας αιχμηρές δομές που μοιάζουν με κλαδιά, γνωστές ως "δενδρίτες"».
Για την κατασκευή του διαχωριστή, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν πολυμερή υγρών κρυστάλλων, προκειμένου να ελέγξουν την κίνηση των ιόντων λιθίου στο εσωτερικό των μπαταριών λιθίου-μετάλλου. Τόσο ο Yoon όσο και η Byon πιστεύουν ότι το επίτευγμά τους θα μπορούσε να αντιμετωπίσει τα προβλήματα της αργής μεταφοράς ιόντων και του σχηματισμού δενδριτών.
Ένας αυτοκιτόδρομος για τα ιόντα λιθίου
Οι μπαταρίες λιθίου-μετάλλου έχουν τη δυνατότητα αποθήκευσης περισσότερης ενέργειας σε σύγκριση με τις συμβατικές. Ωστόσο, κατά τη φόρτιση, το λίθιο μπορεί να συσσωρευτεί στην επιφάνεια του ηλεκτροδίου, σχηματίζοντας δενδρίτες. Αυτοί οι μικροσκοπικοί, μεταλλικοί κρύσταλλοι —που μοιάζουν με βελόνες— αναπτύσσονται πάνω στις ανόδους και μπορούν να προκαλέσουν φθορές στον διαχωριστή που βρίσκεται ανάμεσα στα ηλεκτρόδια, οδηγώντας ενδεχομένως σε βραχυκυκλώματα και αυξάνοντας τον κίνδυνο πυρκαγιάς. Περισσότερα από τον τομέα της Ενέργειας
Για την αντιμετώπιση αυτού του προβλήματος, η ερευνητική ομάδα δημιούργησε έναν πορώδη διαχωριστή από υγροκρυσταλλικά πολυμερή, τα οποία διαθέτουν μια διατεταγμένη δομή παρόμοια με εκείνη των στερεών, ενώ παράλληλα παρουσιάζουν ορισμένες ιδιότητες που συναντώνται στα υγρά. Στο πλαίσιο του έργου, η ομάδα ενσωμάτωσε αλυσίδες πολυαιθυλενογλυκόλης (PEG) στο υλικό, προκειμένου να διευκολύνει τη μεταφορά των ιόντων λιθίου.
Στη συνέχεια, οι επιστήμονες παρακολούθησαν τη διάταξη των υγροκρυσταλλικών μορίων και τα τοποθέτησαν είτε κατακόρυφα είτε οριζόντια, ώστε να εξετάσουν πώς ο προσανατολισμός τους επηρεάζει την κίνηση των ιόντων. Ο κατακόρυφα διατεταγμένος διαχωριστής δημιούργησε άμεσες διαδρομές για τη μετακίνηση των ιόντων λιθίου προς τα ηλεκτρόδια.
Σε σύγκριση με τον οριζόντια διατεταγμένο διαχωριστή, ο συγκεκριμένος μείωσε την πολυπλοκότητα της διαδρομής (δηλαδή τον βαθμό στον οποίο η διαδρομή είναι ελικοειδής ή «στριφογυριστή») κατά περίπου 2,5 φορές. Αυτό επέτρεψε στα ιόντα λιθίου να κινούνται ταχύτερα και πιο ομοιόμορφα. Επιπλέον, περιορίστηκε ο σχηματισμός δενδριτών και βελτιώθηκε η σταθερότητα της μπαταρίας.
Μεγαλύτερη διάρκεια ζωής μπαταρίας
Τέλος, οι Με απλά λόγια, ένας ρυθμός φόρτισης 4C σημαίνει ότι μια μπαταρία μπορεί να φορτίσει πλήρως σε 15 λεπτά. Σύμφωνα με την ερευνητική ομάδα, ο έλεγχος της διάταξης των μορίων θα μπορούσε να επιτρέψει στις μπαταρίες να φορτίζουν ταχύτερα και να έχουν μεγαλύτερη διάρκεια ζωής, χωρίς να τίθεται σε κίνδυνο η ασφάλεια. Ο Yoon υπογράμμισε τη σημασία αυτής της ανακάλυψης για τη μελλοντική ανάπτυξη μπαταριών.
Όπως ανέφερε, η μοριακή διάταξη παίζει καθοριστικό ρόλο στην απόδοση μιας μπαταρίας. «Αναμένουμε ότι αυτή η προσέγγιση θα συμβάλει στην ανάπτυξη τεχνολογιών μπαταριών επόμενης γενιάς, υψηλής ενεργειακής πυκνότητας, για τις οποίες η μεγάλη αυτονομία και η ταχεία φόρτιση είναι απαραίτητες», κατέληξε σε σχετικό δελτίο τύπου.
Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι η εν λόγω προσέγγιση θα μπορούσε να συμβάλει στην ανάπτυξη μπαταριών υψηλής ενεργειακής πυκνότητας για μελλοντικά ηλεκτρικά οχήματα, όπου η ταχεία φόρτιση και η μεγαλύτερη αυτονομία είναι ζωτικής σημασίας. Ωστόσο, περαιτέρω δοκιμές θα δείξουν εάν η μέθοδος αυτή αποδίδει εξίσου καλά και σε μπαταρίες μεγαλύτερου μεγέθους.
www.worldenergynews.gr
