Materiały zawierające nikiel są wykorzystywane w formie katod w ogniwach akumulatorowych. Przemawia za tym między innymi możliwość zwiększania gęstości energii ogniw, ale jest też druga strona medalu. Polega ona na ograniczaniu pojemności takich katod na skutek reaktywności materiałów, która prowadzi do niepożądanych ubocznych reakcji chemicznych.
Czytaj też: Energię przesyłają tam bez użycia publicznej sieci. Wyjątkowa technologia trafiła do Polski
To z kolei negatywnie wpływa na możliwość wykorzystania takich baterii w różnych dziedzinach, od produkcji elektroniki po wytwarzanie elektrycznych samochodów. O szczegółach technologii, która ma doprowadzić do poprawy, czytamy w Nature Energy. Autorzy publikacji wykorzystali zaskakująco proste rozwiązanie, oparte na… myciu. W takich okolicznościach usuwane są pozostałości związków litu na katodach, co umożliwia powlekanie ich w celu ograniczenia ryzyka występowania niepożądanych reakcji.
Jak wyjaśniają członkowie zespołu badawczego, niestabilność warstwowych materiałów katodowych bogatych w nikiel w akumulatorach litowo-jonowych wynika z ich labilnej reaktywności powierzchni. Prowadzi to do powstawania zanieczyszczeń na powierzchni katody i wywołuje niepożądane reakcje z elektrolitem. Opisywany proces mycia pozwala na usuwanie pozostałości litu i utworzenie powłoki ochronnej na tych katodach.
W procesie mycia wykorzystuje się roztwór wodny z rozpuszczonym kobaltem. Dochodzi do reakcji z zanieczyszczeniami litowymi znajdującymi się na zewnętrznej powierzchni katod, co z kolei prowadzi do utworzenia cienkiej warstwy ochronnej bogatej w kobalt. Zapobiega ona kontaktowi katody z elektrolitem wewnątrz ogniwa akumulatora, dzięki czemu spada ryzyko wystąpienia niepożądanych efektów ubocznych i przyspieszonego niszczenia akumulatora.
Akumulatory litowo-jonowe poddane procesowi mycia z wykorzystaniem roztworu wodnego z kobaltem mogą dzięki temu zyskać na żywotności
Oczywiście teoria to jedno, ale co z praktyką? Prowadzone eksperymenty wykazały, że proponowane rozwiązanie ma korzystny wpływ na cykl życia katod bogatych w nikiel. Zalety te stają się widoczne bez jednoczesnych strat w odniesieniu do gęstości energii i bezpieczeństwa. Jak zapowiadają sami zainteresowani, ich dotychczasowe osiągnięcia powinny w długofalowej perspektywie przełożyć się na projektowanie bezpieczniejszych i trwalszych akumulatorów. Taka wiadomość powinna być szczególnie interesująca dla osób związanych z sektorem produkcji elektrycznych samochodów.
Czytaj też: Na te akumulatory trzeba zwrócić uwagę. Rekordowy wskaźnik nowatorskiej technologii
Sposoby na wydajne i niezawodne magazynowanie energii są oczywiście cenne także dla innych dziedzin. Ograniczone możliwości w tym zakresie powodują, że technologie oparte na produkcji energii z odnawialnych jej źródeł nie mogą pokazać pełni potencjału. Bo nawet jeśli zapotrzebowanie energetyczne może zostać pokryte w danym okresie, na przykład latem, to potrzeba też zgromadzenia zasobów na “czarną godzinę”, choćby zimą. Zwiększając żywotność akumulatorów naukowcy zbliżają nas do realizacji tego założenia.