Tim inženjera sa Kornel univerziteta razvio je litijumsku bateriju koja se može napuniti za manje od pet minuta, što je brže od bilo koje trenutne baterije na tržištu. Nova baterija održava stabilne performanse tokom produženih ciklusa punjenja i pražnjenja. Ovo otkriće može smanjiti „nemirnost dometa“ kod vozača električnih vozila, omogućavajući brzo punjenje i smanjenje veličine baterija, čime bi električna vozila postala održivija opcija za vozače.
Litijum-jonske baterije su među najpopularnijim sredstvima za napajanje električnih vozila i pametnih telefona, ali jedan od izazova je brzina punjenja. Obično je potrebno nekoliko sati da se litijumske baterije napune, što može predstavljati prepreku za širu upotrebu električnih vozila, posebno kod ljudi koji brinu o „nemirnosti dometa“ ili brige da vozilo ne može preći velike udaljenosti bez dugog vremena punjenja.
Tim istraživača sa Kornel univerziteta fokusirao se na dizajn elektroda kako bi omogućio brže punjenje i dugotrajno skladištenje energije u litijumskim baterijama. Glavni autor studije, Shuo Jin, doktorant hemijskog i biomolekularnog inženjeringa, izjavio je da je njihov cilj bio stvoriti dizajn elektroda koji se ponaša u skladu sa svakodnevnim rutinama, omogućavajući brzo punjenje i dug vremenski period rada.
Jedan od ključnih materijala koji su identifikovali za poboljšanje performansi baterija je indijum. Indijum je meki metal koji se često koristi u proizvodnji premaza za ekrane osetljive na dodir i solarne panele. Istraživači su otkrili da indijum poseduje dve ključne karakteristike koje ga čine obećavajućim materijalom za brzo punjenje baterija. To uključuje izuzetno nisku migracionu energetsku barijeru, koja određuje brzinu kretanja jona u čvrstom stanju, i skromnu gustinu struje razmene, koja je povezana sa brzinom reakcija na površini materijala.
Uobičajeni pristup dizajnu baterija fokusira se na kretanje jona u elektrolitima, ali istraživači su ovoga puta koristili koncept hemijskog inženjeringa poznatog kao „Damkelerov broj“. Ovaj broj meri brzinu hemijskih reakcija u odnosu na brzinu kojom se materijal transportuje do mesta reakcije. Korišćenjem ovog pristupa, istraživači su identifikovali indijum kao materijal sa izuzetno dobrim performansama.
Ključna inovacija je u tome što su otkrili princip dizajna koji omogućava jonskim metalima u anodi baterije da se slobodno kreću, pronađu pravu konfiguraciju i tek onda učestvuju u reakciji skladištenja punjenja. To rezultira elektrodama koje ostaju u stabilnom morfološkom stanju tokom svakog ciklusa punjenja, omogućavajući baterijama da se brzo pune i pražnje tokom hiljada ciklusa.
Linden Archer, dekan Kornel inženjeringa, koji je nadgledao projekat, izjavio je da ovo otkriće ukazuje na to kako se dizajn baterija može poboljšati kako bi omogućio brže punjenje. Ovo istraživanje je korak ka tome da se eliminise anksioznost zbog dometa električnih vozila, što bi moglo olakšati širenje električne mobilnosti.
Iako je indijum težak metal, istraživači ističu da postoje mogućnosti za dalje istraživanje i optimizaciju ovog pristupa. Korišćenje računarskih hemijskih modela i tehnologije veštačke inteligencije može pomoći u identifikaciji drugih hemijskih lakih materijala koji mogu postići slične karakteristike. Ovaj pristup može dovesti do razvoja boljih anoda baterija koje postižu brže punjenje od trenutnih tehnologija.
U kombinaciji sa bežičnim indukcionim punjenjem na putevima, ova tehnologija bi mogla značajno promeniti pejzaž električnih vozila, čineći ih atraktivnijim za potrošače i olakšavajući integraciju električnih vozila u svakodnevni život.
