Kada je reč o pravljenju baterija koje traju duže, tim istraživača, uključujući inženjere sa Univerziteta Braun i Nacionalne laboratorije Ajdaho, veruje da bi ključ mogao biti u tome kako stvari postaju čiste – posebno kako sapun funkcioniše u ovom procesu.
Uzmite, na primer, pranje ruku. Kada neko pere ruke sapunom, sapun formira strukture zvane micele koje zarobljavaju i uklanjaju masnoću, prljavštinu i klice kada se isperu vodom. Sapun to čini jer deluje kao most između vode i onoga što se čisti, tako što ih vezuje i umotava u te micelne strukture.
U sprovođenju nove studije koja je sada objavljena u Prorodni materijali, istraživači su primetili da se sličan proces odvija u onome što je postalo jedna od najperspektivnijih supstanci za projektovanje dugotrajnijih litijumskih baterija — novi tip elektrolita koji se zove lokalizovani elektrolit visoke koncentracije. Ovo novo razumevanje načina na koji ovaj proces funkcioniše, tvrde u novinama, može biti deo koji nedostaje za potpuno otvaranje vrata u ovom sektoru tehnologije u nastajanju.
„Velika slika je da želimo da poboljšamo i povećamo gustinu energije za baterije, što znači koliko energije skladište po ciklusu i koliko ciklusa baterija traje“, rekao je Iue Ki, profesor na Brovn’s School of Engineering. „Da biste to uradili, materijali u tradicionalnim baterijama moraju da se zamene da bi dugovečne baterije koje skladište više energije postale stvarnost – razmislite o baterijama koje mogu da napajaju telefon nedelju dana ili više, ili o električnim vozilima koja idu 500 milja.
Naučnici su aktivno radili na prelasku na baterije napravljene od litijum metala jer one imaju mnogo veći kapacitet skladištenja energije od današnjih litijum-jonskih baterija. Zadržavanje su tradicionalni elektroliti, koji su integralni jer omogućavaju da električni naboj prođe između dva terminala baterije, izazivajući elektrohemijsku reakciju potrebnu za pretvaranje uskladištene hemijske energije u električnu energiju. Tradicionalni elektroliti za litijum-jonske baterije, koji su u suštini napravljeni od soli niske koncentracije rastvorene u tečnom rastvaraču, ne rade ovo efikasno u baterijama na bazi metala.
Lokalizovane elektrolite visoke koncentracije konstruisali su naučnici iz Nacionalne laboratorije Ajdaho i Nacionalne laboratorije Pacifik severozapad da bi odgovorili na ovaj izazov. Napravljeni su mešanjem visoke koncentracije soli u rastvaraču sa drugom tečnošću koja se zove razblaživač, što čini protok elektrolita boljim tako da se može održati snaga baterije.
Do sada, u laboratorijskim testovima, ova nova vrsta elektrolita je pokazala obećavajuće rezultate, ali kako funkcioniše i zašto nikada nije u potpunosti shvaćeno – postavljajući ograničenje na to koliko efikasan može biti i kako se može bolje razviti. Ovo je ono što nova studija pomaže da se reši.
„Rad pruža jedinstvenu teoriju o tome zašto ovaj elektrolit bolje funkcioniše, a ključno razumevanje je došlo otkrivanjem da se strukture nalik miceli formiraju unutar ovog elektrolita – kao što to rade sa sapunom“, rekao je Bin Li, viši naučnik na Oak Ridge National-u. Laboratorija koja je radila na studiji. „Ovde vidimo da ulogu sapuna ili surfaktanta igra rastvarač koji vezuje i razblaživač i so, omotavajući se oko soli veće koncentracije u centru micele.“
Razumevanjem ovoga, istraživači su uspeli da razbiju odnose i koncentracije potrebne za postizanje optimalnih reakcija za baterije. Ovo bi trebalo da pomogne u rešavanju jedne od glavnih problema u projektovanju ovog elektrolita, a to je pronalaženje odgovarajuće ravnoteže za tri sastojka. U stvari, rad ne samo da pruža bolje smernice za pravljenje lokalizovanih elektrolita visoke koncentracije koji funkcionišu, već i za stvaranje onih koji rade još efikasnije.
Istraživači iz Nacionalne laboratorije Ajdaha sproveli su teoriju u delo. Učinivši to, otkrili su da teorija do sada stoji i pomaže da se produži vek litijum metalnih baterija. Tim je uzbuđen što vidi koji dizajni za lokalizovane elektrolite visoke koncentracije potiču iz njihovog rada, ali zna da ostaje značajan napredak u prevazilaženju uskog grla u dizajnu elektrolita za baterije visoke gustine. Trenutno se zabavljaju što je tajna možda bila u nečemu tako svakodnevnom i svakodnevnom kao što je sapun.
„Koncept micela je možda nov za elektrolit, ali je zapravo vrlo uobičajen za naš svakodnevni život“, rekao je Ki. „Sada imamo teoriju i imamo smernice da dobijemo interakcije koje želimo od soli, rastvarača i razblaživača u elektrolitu, i u kojoj koncentraciji moraju da budu i kako ih mešate.“
