Нове біоінспіроване вирішення проблеми деградації акумуляторів
В рамках зусиль для боротьби з деградацією літій-іонних акумуляторів вчені з Китаю спробували наслідувати природні захисні механізми, вироблені багатьма організмами для зниження окисних реакцій і пов’язаних з ними пошкоджень. Використовуючи добавку, яка “прибирає” реактивні частинки до того, як вони можуть сприяти деградації, група змогла продемонструвати значно нижчий рівень розкладання електроліту в батареї, що працює.
Літій-іонні акумулятори мають відігравати ключову роль у кількох областях енергетичного переходу. І хоча вони вже роблять це, і прогрес йде швидкими темпами, технологія, як і раніше, стикається з цілою низкою проблем, які необхідно подолати. Не в останню чергу це збільшення терміну служби батарей, щоб він відповідав очікуванням транспортних засобів, енергетичної інфраструктури та інших пристроїв, які вони живитимуть.
АКБ з літій-іонним хімічним складом схильні до кількох механізмів деградації, які можуть призвести до втрати ємності з часом. У багатьох випадках вони пов’язані з впливом кисню, внаслідок чого компоненти батареї окислюються та знижують здатність до необхідних хімічних реакцій, що забезпечують накопичення енергії. Для зменшення окислення під час циклічної роботи акумулятора застосовувалися різні стратегії, пов’язані з розробкою інтерфейсів та інші стратегії, але здебільшого вони лише уповільнювали неминуче.
Група вчених під керівництвом Циндаоського інституту біоенергетики та технології біопроцесів (QIBEBT) у Китаї відзначила, що реакції окислення відбуваються в багатьох місцях, крім батарей, і, враховуючи велику кількість і реакційну здатність кисню, такі реакції є одним з найпоширеніших типів хімічної деградації на планеті. У багатьох випадках організми природним чином розробили процеси, що обмежують окислення та пов’язані з ним процеси деградації та старіння. Тому ми подумали: “Чому б просто не спробувати повторити те, що робить природа, і помістити це в батарею?” – сказав дослідник QIBEBT Куї Гуанлей.
Натхненні природою
Група розробила добавку, відому як фотостабілізатор, яка, як вони показали, може “відкидати” частинки кисню, які інакше сприяли б деградації. За допомогою розрахунків та експериментів вони показали, що така добавка може забезпечити покращені електрохімічні характеристики в батареях, а також працювати за підвищених температур.
“Ця біоінспірована стратегія видалення реактивного кисню та вільних радикалів віщує нову парадигму для маніпулювання хімічним складом міжфазної фази катода/електроліту в різних батареях, що перезаряджаються, з шаруватими катодами на основі оксидів перехідних металів”, – сказав Куї.
Група заявляє, що тепер планує вивчити комерціалізацію свого підходу у високовольтних літій-іонних батареях на основі шаруватих оксидних катодів, щоб створити наступне покоління пристроїв зберігання енергії за межами традиційної літій-іонної технології.