Επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο Hanyang στη Σεούλ ανέπτυξαν έναν νέο τρόπο για να αυξήσουν την απόδοση και την ανθεκτικότητα των μπαταριών που χρησιμοποιούνται σε διάφορες ηλεκτρονικές συσκευές και οχήματα. Η τεχνική τους συνίσταται στο πλύσιμο και την επίστρωση των καθόδων της μπαταρίας με ειδικό διάλυμα.
Οι μπαταρίες είναι απαραίτητες για να τροφοδοτούν πολλά σύγχρονα gadget και μηχανήματα, από smartphone και φορητούς υπολογιστές μέχρι ηλεκτρικά αυτοκίνητα και ρομπότ. Ωστόσο, μία από τις κύριες προκλήσεις που αντιμετωπίζουν οι προγραμματιστές μπαταριών είναι η αύξηση της ενεργειακής πυκνότητας και της ανθεκτικότητας των στοιχείων της μπαταρίας, ειδικά εκείνων που χρησιμοποιούν υλικά υψηλής περιεκτικότητας σε νικέλιο (Ni) ως κάθοδοι.
Οι κάθοδοι με υψηλή περιεκτικότητα σε νικέλιο έχουν πολλά πλεονεκτήματα, όπως υψηλή χωρητικότητα και χαμηλό κόστος. Ωστόσο, έχουν επίσης ένα σημαντικό μειονέκτημα - μια τάση για ταχεία υποβάθμιση λόγω της υψηλής αντιδραστικότητάς τους στην αλληλεπίδραση με το περιβάλλον. Αυτό οδηγεί στον σχηματισμό ανεπιθύμητων ενώσεων λιθίου στην επιφάνεια της καθόδου και επιβλαβείς πλευρικές αντιδράσεις με τον ηλεκτρολύτη - το υγρό που μεταφέρει το ηλεκτρικό φορτίο μέσα στην μπαταρία.
Για να ξεπεραστεί αυτό το πρόβλημα, οι επιστήμονες έχουν αναπτύξει μια απλή αλλά αποτελεσματική λύση: το πλύσιμο των καθόδων με νερό που περιέχει διαλυμένα ιόντα κοβαλτίου (Co). Αυτή η διαδικασία αφαιρεί την περίσσεια λιθίου από την επιφάνεια της καθόδου και δημιουργεί ένα λεπτό, ομοιόμορφο, πλούσιο σε κοβάλτιο στρώμα που λειτουργεί ως προστατευτική ασπίδα. Αυτό το στρώμα εμποδίζει την άμεση επαφή της καθόδου με τον ηλεκτρολύτη, μειώνοντας έτσι την πιθανότητα περαιτέρω αποικοδόμησης.
Οι επιστήμονες πρόσθεσαν επίσης μια επίστρωση φθορίου στην πλυμένη κάθοδο, η οποία αύξησε περαιτέρω τη σταθερότητα και την ασφάλεια της μπαταρίας. Η επίστρωση φθορίου εμποδίζει τη διάσπαση των αλάτων ηλεκτρολυτών και το σχηματισμό φυσαλίδων αερίου, οι οποίες μπορεί να προκαλέσουν διόγκωση της μπαταρίας και ακόμη και έκρηξη.
Οι ερευνητές δοκίμασαν την τεχνική πλύσης και επίστρωσής τους σε αρκετές καθόδους υψηλής περιεκτικότητας σε νικέλιο, βελτιώνοντας σημαντικά την απόδοση και τη διάρκεια ζωής τους. Οι κατεργασμένες κάθοδοι διατήρησαν περισσότερο από το 90% της αρχικής τους χωρητικότητας μετά από 500 κύκλους, σε σύγκριση με λιγότερο από 80% για τις μη επεξεργασμένες. Έδειξαν επίσης υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα και λιγότερο σχηματισμό αερίου από τις συμβατικές κάθοδοι.
Οι επιστήμονες ελπίζουν ότι η τεχνική τους θα ανοίξει το δρόμο για την ανάπτυξη πιο αποτελεσματικών και αξιόπιστων μπαταριών για διάφορες εφαρμογές, ειδικά για ηλεκτρικά οχήματα και μεγάλα ηλεκτρονικά. Αναμένουν επίσης τα αποτελέσματά τους να εμπνεύσουν άλλους επιστήμονες να βρουν νέους τρόπους για να βελτιώσουν τη σταθερότητα και την ανθεκτικότητα των καθόδων εμπλουτισμένων σε νικέλιο.
Διαβάστε επίσης: