Dzięki anodzie z MIT powstaną bardziej pojemne i wytrzymałe akumulatory do smartfonów

Nowa elektroda, opracowana na MIT, pozwoli na zbudowanie akumulatorów, które przechowują więcej energii i pracują dłużej. Litowa anoda to efekt współpracy naukowców z MIT ze specjalistami z Hongkongu, Florydy i Teksasu.

Jednym z największych problemów ze współczesnymi akumulatorami wynika z faktu, że w miarę ładowania akumulatora lit się rozszerza, a podczas rozładowywania kurczy się. Te ciągłe zmiany rozmiarów prowadzą do pękania lub odłączania się elektrolitu. Inny problem stanowi fakt, że żaden z używanych stałych elektrolitów nie jest tak naprawdę chemicznie stabilny w kontakcie z wysoko reaktywnym litem, ulega więc degradacji.

Większość badań, mających na celu rozwiązanie tych problemów, poszukuje stabilnego elektrolitu. To jednak jest trudne.
Naukowcy z MIT podeszli do problemu inaczej. Wykorzystali dwa dodatkowe materiały. Jeden nazwali „zmieszanymi przewodnikami jonowo-elektronicznymi” (MIEC), a drugi to „izolatory elektronu i jonu litowego” (ELI).

Uczeni stworzyli trójwymiarową nanostrukturę przypominająca plaster miodu. Została ona zbudowana z heksagonalnych rurek MIEC częściowo wypełnionych litem. W każdej z rurek pozostawiono nieco wolnego miejsca. Gdy lit się rozszerza podczas ładowania, wypełnia puste miejsca w rurkach, poruszając się jak ciecz, mimo że zachowuje przy tym krystaliczną strukturę ciala stałego. Przepływ ten łagodzi naprężenia powstające podczas rozszerzania się litu, ale jednocześnie nie powoduje ani zmiany zewnętrznych rozmiarów elektrody, ani zmiany jej styku z elektrolitem. Drugi zaś ze wspomnianych materiałów, ELI, jest kluczowym mechanicznym łączem pomiędzy ściankami MIEC a stałym elektrolitem.

Rozszerzający się i kurczący lit przemieszcza się tak, że nie wywiera nacisku na elektrolit, więc go nie niszczy. Twórcy anody porównują to do tłoków poruszających się w cylindrach. Jako, że całość jest jest zbudowana w skali nano, a każda z rurek ma średnicę 100-300 nanometrów, całość jest jak silnik z 10 miliardami tłoków, mówi główny autor badań, profesor Ju Li.

Jako, że ścianki całej struktury wykonano z chemicznie stabilnego MIEC, lit nigdy nie traci kontaktu z materiałem. Cały akumulator pozostaje więc mechanicznie i chemiczne stabilny, dodaje Li. Naukowcy przetestowali swoją anodę podczas 100 cykli ładowania/rozładowywania i wykazali, że w elektrolicie nie powstały żadne pęknięcia.

Naukowcy twierdzą, że ich projekt pozwoli na stworzenie akumulatorów litowych, w których anoda będzie 4-krotnie lżejsza na jednostkę pojemności niż obecnie. Jeśli dodamy do tego nowe pomysły na lżejszą katodę, całość może prowadzić do znaczącego obniżenia wagi akumulatora. Dzięki nowemu akumulatorowi nowoczesne smartfony można by ładować raz na 3 dni.

anoda lit MIT MIEC ELI akumulator smartfon ładowanie