Znajdź zawartość

Naukowcy z Wydziału Chemicznego Politechniki Warszawskiej opracowali nowy elektrolit, który wydłuża żywotność akumulatorów litowo-jonowych. Już został on zastosowany w smartfonach i samochodach elektrycznych. Nowy związek, sól LiTDi, jest produkowany na licencji PW przez francuski koncern chemiczny Arkema. Jako pierwsi w Europie opracowaliśmy nowy elektrolit, w dodatku z użyciem mniej toksycznego materiału. Przy użyciu tego materiału ogniwo wolniej się starzeje i jest dużo bardziej odporne na czynniki zewnętrzne. To drugi w historii baterii taki związek. W stosunku do stosowanego przez ostatnie 30 lat posiada podobne parametry elektryczne, ale dużo lepszą odporność temperaturową i chemiczną, mówi doktor habilitowany Leszek Niedzicki. Nowy elektrolit aż trzykrotnie wydłuża żywotność akumulatora. A to oznacza, że dzięki niemu akumulatory w samochodach elektrycznych wytrzymają przez cały okres eksploatacji pojazdu i nie będzie trzeba ich wymieniać. Nowy elektrolit pozwala na bezproblemowe działanie akumulatora w temperaturach sięgających 90 stopni Celsjusza. Dzięki temu znika wiele ograniczeń, a akumulatorów w samochodach elektrycznych nie trzeba będzie tak intensywnie chłodzić. To zaś zmniejsza zapotrzebowanie samego samochodu na energię, zatem pozwala na zwiększenie jego zasięgu, szczególnie w upalne dni. Uczeni z PW nie powiedzieli jeszcze ostatniego słowa. Pracują nad innymi komponentami akumulatorów, szczególnie przywiązując uwagę do opracowania stałego elektrolitu dla samochodów elektrycznych. Taki elektrolit nie może się zapalić, co zwiększa bezpieczeństwo pojazdu, który legnie poważnemu wypadkowi. Pracują też nad elektrolitami pozbawionymi fluoru. Fluor jest obecnie obecny w każdym elektrolicie, a jest to pierwiastek bardzo toksyczny w razie pożaru. Uczeni z Warszawy już mają na swoim koncie pierwsze sukcesy. Nasz wynalazek działa – nikomu dotąd się to jeszcze nie udało. Jesteśmy pierwsi, którym się to udało w skali laboratoryjnej. Dotąd uważano, że elektrolit bez fluoru nie jest możliwy. Pracuję nad tym z moimi doktorantami, m.in. mgr inż. Klaudią Rogalą i mgr. inż. Markiem Broszkiewiczem, mówi doktor Niedzicki. Obecnie naukowcy starają się przeskalować swój wynalazek i stworzyć działające prototypowe akumulatory. Miałyby one nie zawierać fluoru i innych toksycznych oraz trudno dostępnych pierwiastków. Takie urządzenia byłyby tańsze w produkcji, bezpieczniejsze dla środowiska i łatwiejsze w recyklingu. « powrót do artykułu

Jacobo Santamaría Sánchez-Barriga i jego zespół z madryckiego Universidad Complutense, tak zmodyfikowali elektrolit wykorzystywany w ogniwach paliwowych ze stałym tlenkiem, że pracuje one w temperaturze o kilkaset stopni niższej niż dotychczas. To z kolei ułatwia stosowanie takiego rozwiązania. Standardowo ogniwa ze stałym tlenkiem pracują w temperaturach 600-1000 stopni Celsjusza. Najpowszechniej używanym w nich elektrolitem jest tlenek cyrkonu stabilizowany tlenkiem itru. Do pracy wymaga jednak temperatur powyżej 700 stopni Celsjusza. Ogniwa paliwowe ze stałym tlenkiem mogą być w przyszłości wartościowymi źródłami energii, jednak wysokie temperatury ich pracy czynią je bardzo drogimi i ograniczają zakres użycia. Dlatego też Eric Wachsman, dyrektor Florydzkiego Instytutu Energii Zrównoważonej Gospodarkii Energią, nazwał prace hiszpańskich naukowców gigantycznym udoskonaleniem tego typu ogniw. W ogniwach ze stałym tlenkiem do jednej z elektrod dostarczany jest tlen, do drugiej paliwo. Elektrolit umożliwia przepływ jonów tlenu do elektrody z paliwem. Jeśli np. paliwem jest wodór, to w efekcie powstaje woda i zostają uwolnione elektrony. Elektrolit wymusza na elektronach ruch do zewnętrznego obwodu elektrycznego, w którym powstaje energia. Po jakimś czasie elektrony trafiają z niego do elektrody z tlenem. Tam, wskutek ich działania, uwalniane są jony tlenu i cały cykl się powtarza. Problem w tym, że efektywność pracy elektrolitu, a dokładniej jego przewodność jonowa, zależy od temperatury. Santamaria zauważył, że można ją znacznie zwiększyć w niskich temperaturach, jeśli standardowy elektrolit zostanie poprzedzielany 10-nanometrowymi warstwami tytanianu strontu (SrTiO3). Okazało się, że takie rozwiązanie aż o 100 milionów razy zwiększa przewodność jonową elektrolitu w temperaturze pokojowej. Wachsman informuje, że ulepszone przez Hiszpanów ogniwa paliwowe nieprędko trafią na rynek. Przede wszystkim należy zweryfikować pomiary, a te jest bardzo trudno wykonać na materiałach o tak niewielkiej grubości jak wspomniana warstwa SrTiO3. Zastosowanie nowego elektrolitu też wymaga przeprojektowania ogniw paliwowych. W końcu, zmniejszenie temperatury elektrolitu wpłynie na pracę samych elektrod, a więc i one muszą zostać odpowiednio ulepszone.

W ciągu ostatnich kilku lat często słyszeliśmy o kłopotach z bateriami, które zapalały się czy wybuchały niszcząc sprzęt elektroniczny oraz raniąc użytkowników. Niemieccy naukowcy znaleźli rozwiązanie tego typu problemów. Akademicy z Fraunhofer Institute opracowali baterię litowo-jonową, w której płynny palny elektrolit zastąpiono polimerowym niepalnym. To znacznie zwiększa bezpieczeństwo baterii litowo jonowych. Co więcej, jako że zastosowaliśmy substancję stałą, znika problem cieknących baterii - mówi doktor Kai-Christian Möller, szef zespołu badawczego. Do produkcji nowych baterii wykorzystano stworzony we Fraunhofer Institute hybrydowy (organiczno-nieorganiczny) polimer o nazwie Ormocer. To bardzo elastyczna substancja, którą można dostosować do własnych celów. Zwykle w przypadku polimeru, im jest on bardziej sztywny, tym słabiej przewodzi prąd. Właściwościami Ormocenu można jednak manipulować, właśnie dzięki temu, że jest materiałem hybrydowym. Co prawda prototypowa bateria litowo-jonowa ze stałym elektrolitem już istnieje, jednak na rynek trafi ona za trzy do pięciu lat.