Σύμφωνα με μελέτη που δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Advanced Energy Materials, ερευνητές στο University of Missouri με επικεφαλής τον Καθ. Matthias Young, διερευνούν μεθόδους για την ανάπτυξη μπαταριών στερεάς κατάστασης που είναι ασφαλέστερες και ενεργειακά αποδοτικότερες από τις εναλλακτικές λύσεις που βασίζονται σε ηλεκτρολύτες με τη μορφή υγρών ή gel.
Οι παραδοσιακές μπαταρίες ιόντων λιθίου, που φορτίζουν γρήγορα και αποθηκεύουν μεγάλη ποσότητα ενέργειας, τροφοδοτούν διάφορες συσκευές (από ασύρματα ακουστικά έως ηλεκτρικά αυτοκίνητα). Ωστόσο, βασίζονται σε ένα υγρό διάλυμα ηλεκτρολύτη, το οποίο μπορεί να πάρει φωτιά εάν καταστραφεί ή υπερθερμανθεί. Οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης έρχονται να λύσουν αυτό το πρόβλημα, αντιμετωπίζοντας ωστόσο ακόμα τις δικές τους τεχνολογικές προκλήσεις.
Μια ομάδα ερευνητών στο University of Missouri εργάζεται πάνω στα μεγαλύτερα εμπόδια που αποτρέπουν την ευρεία χρήση των μπαταριών στερεάς κατάστασης. «Σε μία μπαταρία στερεάς κατάστασης, όταν ο στερεός ηλεκτρολύτης αγγίζει την κάθοδο, αντιδρά και σχηματίζει ένα στρώμα ενδιάμεσης φάσης που έχει πάχος περίπου 100nm, 1.000 φορές μικρότερο από το πλάτος μιας ανθρώπινης τρίχας. Αυτό το στρώμα εμποδίζει τα ιόντα λιθίου και τα ηλεκτρόνια να κινούνται εύκολα, αυξάνοντας την αντίσταση και επηρεάζοντας αρνητικά την απόδοση της μπαταρίας», εξηγεί ο Matthias Young.
Για σχεδόν δέκα χρόνια, οι επιστήμονες προσπαθούν να κατανοήσουν τις προκλήσεις που σχετίζονται με τις μπαταρίες στερεάς κατάστασης και να βρουν λύσεις. Η ομάδα του Young αντιμετώπισε το ζήτημα αποκτώντας μια βαθύτερη κατανόηση της υποκείμενης αιτίας.
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τη μέθοδο ηλεκτρονικής μικροσκοπίας 4D STEM για να αναλύσουν την ατομική δομή της μπαταρίας, χωρίς να την αποσυναρμολογήσουν. Αυτή η καινοτόμος προσέγγιση τους έδωσε μια θεμελιώδη κατανόηση των χημικών αντιδράσεων στο εσωτερικό της μπαταρίας, οδηγώντας τους στο συμπέρασμα ότι το στρώμα ενδιάμεσης φάσης ήταν η αιτία για τη μείωση της απόδοσης.
Μια πιθανή λύση
Το εργαστήριο του Young εστιάζει στο να λύσει το πρόβλημα με την τεχνική εναπόθεσης λεπτών μεμβρανών Oxidative molecular layer deposition (oMLD). Για να αποτρέψει τις αντιδράσεις μεταξύ του στερεού ηλεκτρολύτη και των υλικών της καθόδου, η ομάδα του Young σχεδιάζει να διερευνήσει εάν τα υλικά λεπτής μεμβράνης μπορούν να λειτουργούν ως προστατευτικές επικαλύψεις.
Σύμφωνα με τον Young: «Το στρώμα επικάλυψης πρέπει να έχει ικανό πάχος για να αποτρέπονται ανεπιθύμητες αντιδράσεις, αλλά όχι σε σημείο ώστε να εμποδίζει τη ροή ιόντων λιθίου. Στοχεύουμε στο να διατηρήσουμε τα χαρακτηριστικά υψηλής απόδοσης των στερεών υλικών ηλεκτρολύτη και καθόδου. Σκοπός μας είναι να χρησιμοποιήσουμε αυτά τα υλικά μαζί, χωρίς να επηρρεάσουμε την απόδοση τους για λόγους συμβατότητας».
Αυτή η προσεκτικά σχεδιασμένη προσέγγιση σε επίπεδο νανοκλίμακας στοχεύει να διασφαλίσει ότι αυτά τα υλικά συνεργάζονται αποτελεσματικά, φέρνοντας τις μπαταρίες στερεάς κατάστασης πιο κοντά στην πραγματικότητα.
Με πληροφορίες από azom.com
