Korzystając z techniki niegenerującej dużych kosztów, naukowcy zidentyfikowali procesy ograniczające prędkość, które, jeśli zostaną rozwiązane, mogą umożliwić ładowanie większości smartfonów i laptopów w ciągu zaledwie pięciu minut. Naukowcy z University of Cambridge twierdzą, że ich technika nie tylko pomoże ulepszyć istniejące materiały akumulatorowe, ale może również przyspieszyć rozwój akumulatorów nowej generacji.

Chociaż akumulatory litowo-jonowe mają niezaprzeczalne zalety, takie jak stosunkowo wysoka gęstość energii i długa żywotność w porównaniu z innymi akumulatorami i środkami magazynowania energii, mogą się również przegrzewać, a nawet eksplodować, a ich produkcja jest stosunkowo droga. Ponadto ich gęstość energetyczna nie jest nawet zbliżona do gęstości benzyny. Jak dotąd sprawia to, że nie nadają się do powszechnego stosowania w dwóch ważnych technologiach, czyli samochodach elektrycznych i magazynowaniu energii słonecznej na skalę sieciową.

Aby ulepszyć akumulatory litowo-jonowe i pomóc im w szybszym ładowaniu, naukowcy muszą śledzić i rozumieć procesy zachodzące w funkcjonujących materiałach w realistycznych warunkach w czasie rzeczywistym. Obecnie wymaga to zaawansowanych technik synchrotronowego promieniowania rentgenowskiego lub mikroskopii elektronowej. To zaś często jest i czasochłonne, i drogie. Zespół z Cambridge opracował technikę mikroskopii optycznej zwaną mikroskopią rozpraszania interferometrycznego, aby obserwować te procesy w działaniu. Korzystając z tej techniki, byli w stanie zaobserwować ładowanie i rozładowywanie pojedynczych cząstek tlenku litu i kobaltu (często określanego jako LCO) poprzez pomiar ilości rozproszonego światła.

– Odkryliśmy, że istnieją różne ograniczenia prędkości dla akumulatorów litowo-jonowych, w zależności od tego, czy się ładują, czy rozładowują – powiedział dr Akshay Rao z Cavendish Laboratory, który prowadził badania. – Podczas ładowania prędkość zależy od tego, jak szybko jony litu mogą przejść przez cząstki materiału aktywnego. Podczas rozładowywania prędkość zależy od tego, jak szybko jony są umieszczane na krawędziach. Gdybyśmy mogli kontrolować te dwa mechanizmy, umożliwiłoby to ładowanie akumulatorów litowo-jonowych znacznie szybciej.

Technika pozwalająca zobaczyć jak szybko można przejść przez cykle ładowania i rozładowywania w pewnej perspektywie ma posłużyć do badania materiałów akumulatorowych nowej generacji. Na rezultaty trzeba jednak jeszcze trochę poczekać.

Źródło: University of Cambridge