Zespół badawczy z uniwersytetu Massachusetts Institute of Technology opracował prototypową wersję tego typu baterii półprzewodnikowych, pokonujących niektóre z kluczowych blokad w tej dziedzinie, demonstrując stabilne przechowywanie o dużej pojemności dzięki zastosowaniu nowatorskiego, samonaprawiającego się materiału.

Współczesne akumulatory litowo-jonowe

W dzisiejszych akumulatorach litowo-jonowych ciekły elektrolit przenosi jony litu tam i z powrotem, między parą elektrod – wtedy, gdy akumulator jest ładowany i rozładowywany. Jeśli elektrolit zostanie wykonany z materiałów stałych, może to zwiększyć bezpieczeństwo akumulatorów i umożliwić znacznie większą gęstość energii – aż do tego stopnia, że ​​eksperymentalne wersje tych ogniw okazały się zdolne do magazynowania około dwukrotnie większej energii niż obecne roztwory litowo-jonowe.

Jest jednak pewien problem. Małe, przypominające macki, formacje – nazywane dendrytami, mają tendencję do narastania na powierzchni jednej z elektrod podczas cykli baterii. Te drobne igły mogą następnie spowodować zwarcie i awarię baterii, a nawet jej zapalenie się. Środkiem zaradczym w tym przypadku może być opracowanie, a następnie wdrożenie projektu półprzewodnikowego, który ominąłby ten problem.

Półstała elektroda metalowa

Naukowcy już opracowali półstałą elektrodę metalową wykonaną ze stopów sodu i potasu, którą porównują do materiału używanego przez dentystów do wypełniania ubytków – mocnego, ale zdolnego do płynięcia i formowania. Taki materiał ma odpowiednią ilość materiału oddawanego – gdy styka się ze stałym elektrolitem, unika tworzenia drobnych pęknięć, które normalnie pojawiłyby się w całkowicie stałych, ale bardziej kruchych materiałach elektrodowych, a później z pewnością doprowadziłyby do utworzenia się dendrytów.

Gdy akumulator jest łądowany, temperatury robocze utrzymują materiał w odpowiedniej fazie półstałej, aby przyjąć wysokie prądy – około 20 razy większe niż w przypadku litu. To rozwiązuje kolejną wadę dotychczasowych baterii półprzewodnikowych, które nie pozwoliły gęstości prądu umożliwiające ładowanie z praktyczną prędkością, przynajmniej nie bez tworzenia dendrytów.

W innym projekcie udało się zintegrować cienką warstwę ciekłego stopu sodowo-potasowego z akumulatorem, umieszczając go pomiędzy stałą elektrodą a stałym elektrolitem. To również zapobiegło  tworzeniu się dendrytów, a tym samym otworzyło kolejną drogę do eksploracji.

Źródło: New Atlas