Czy wystarczy zmienić jeden materiał, by bateria w smartfonie przestała być bombą z opóźnionym zapłonem? Najnowsze badania z Hongkongu sugerują, że tak. Mówimy o technologii, którą można wdrożyć bez rozpruwania fabryk. Może wreszcie zapomnimy o wybuchających bez ostrzeżenia powerbankach, hulajnogach i innych sprzętach?
Litowo-jonowe ogniwa zasilają niemal wszystko: telefony, laptopy, samochody elektryczne, małe sprzęty służące do transportu, powerbanki, słuchawki i tak dalej. Ich podstawowa konstrukcja nie zmieniła się właściwie od dekad. Mamy grafitową anodę, katodę z tlenku metalu oraz elektrolit – roztwór soli litu w ciekłym rozpuszczalniku, który pozwala jonom wędrować tam i z powrotem. Tanie, wydajne i jak na nasze warunki – proste.
Wszystko jest pięknie do momentu, gdy bateria zostanie przebita, przygnieciona czy dojdzie do wewnętrznego zwarcia. Wtedy uwalnia się energia chemiczna, temperatura rośnie błyskawicznie a materiał zaczyna się palić. Pojawia się reakcja łańcuchowa, której nikt już nie kontroluje.
Źródło problemów jest zaskakująco proste. To aniony – ujemnie naładowane jony obecne w elektrolitach. Zrywają długo utrzymywane wiązania z litem, wypuszczając dodatkowe ciepło, a to nakręca spiralę destrukcji. Kto widział płonącego smartfona albo hulajnogę elektryczną, ten wie, o czym mówię.
Chłopczyk idzie do kąta. Co zmienia nowy elektrolit
Zespół Yue Sun z Chińskiego Uniwersytetu Hongkongu postanowił nie przebudowywać całej architektury baterii. Wzięli na cel tylko elektrolit i zaprojektowali dodatkowy rozpuszczalnik o nazwie FSI (bis(fluorosulfonyl)amid litu).
Cała sztuczka zawiera się w tym, kiedy i jak FSI wiąże lit. Owe połączenia tworzą się dopiero w wyższych temperaturach – dokładnie w momencie, gdy zaczyna się „demolka”. Jednocześnie ten materiał nie pozwala na powstawanie wiązań anionów odpowiedzialnych za kolejne porcje ciepła. Reakcja nie ma więc czym się napędzić.
Test gwoździa? W nowej baterii temperatura wzrosła o 3,5 st. C. W klasycznej konstrukcji mogłoby to być ponad 500 st. C. To jak różnica między uderzeniem się w łokieć, a odcięciem ręki tępą siekierą.
Profesor Gary Leeke z Uniwersytetu w Birmingham ochrzcił owe aniony „niegrzecznymi chłopczykami” w tym całym układzie i przyznał, że takie rozwiązanie jest dużym krokiem naprzód. Naukowcy doprowadzili więc, że chłopczyk idzie do kąta i nie rozrabia.
Bezpieczeństwo bez kompromisów?
Bezpieczeństwo nie wystarczy, jeśli bateria pada po roku. Tutaj też jest progres. Ogniwa z FSI zachowały 82% pojemności po 4100 godzinach pracy.To oznacza, że taki akumulator mógłby żyć w smartfonie lub laptopie zupełnie tak jak te, które mamy dziś. Inżynierowie lubią powtarzać, że najlepsza innowacja to taka, której użytkownik nie zauważa. Ten projekt wpisuje się w tę logikę. Tu nie potrzebujemy ani nowych fabryk, ani nietypowych materiałów czy kosmicznych procesów produkcji. Rewolucja na tym polu może się odbyć właściwie po cichu.
Leeke ocenia, że 3–5 lat dzieli nas od wejścia tej technologii do produkcji masowej. To ambitny termin, lecz wyjątkowo realny w tym konkretnym przypadku. Natomiast musimy pamiętać o jednym: branża akumulatorów to akurat ta sfera, w której jest dużo obietnic, ale rzadko kiedy cokolwiek jest dowożone. Cieszmy się, ale ostrożnie.
W miarę jak rośnie liczba samochodów elektrycznych i „magazynów energii”, skala potencjalnych pożarów może się istotnie zwiększyć i musimy być na to gotowi. Spektakularne pożary urządzeń z ogniwami litowo-jonowymi już wiele razy stawały się wiralem. Może warto to zakończyć?
Czytaj również: Baterie z Action w urządzeniach Parkside? Sprawdziliśmy, czy to naprawdę działa!
Zmieniamy układ sił
Mamy więc możliwość dokonania zmiany, która może zdecydować o przyszłości transportu i energetyki. Jeśli zabezpieczymy baterie przed wybuchami i ogniem, tracimy jeden z najsilniejszych argumentów przeciwników elektromobilności. To wszystko może spowodować, że adopcja takich rozwiązań stanie się szybsza i bardziej satysfakcjonująca z punktu widzenia naszej przemożnej, związanej ze środowiskiem potrzeby.
