Przełomowe badanie ujawniło mechanizmy odpowiedzialne za szybkie starzenie się ogniw, które do tej pory pozostawały tajemnicą. Dzięki obrazowaniu w czasie rzeczywistym udało się po raz pierwszy zaobserwować, jak elektrolit zachowuje się wewnątrz praktycznych baterii podczas ładowania i rozładowywania.
Rewolucyjna metoda obrazowania
Kluczem okazała się tomografia neutronowa operando, która pozwoliła na obserwację przepływu elektrolitu bez uszkadzania ogniw. W ramach badań przeprowadzonych w Institut Laue-Langevin w Grenoble naukowcy wykorzystali specjalnie zaprojektowane ogniwa, a metoda neutronowa ma tę przewagę, że doskonale wykrywa lekkie pierwiastki jak lit czy wodór. To umożliwiło naukowcom śledzenie procesów w czasie rzeczywistym, co wcześniej było niemożliwe.
Czytaj także: Naukowcy właśnie rozwiązali największy problem baterii przyszłości
Obserwacje ujawniły nieznane wcześniej zjawiska. Podczas przerw w pracy baterii pojawiały się obszary suche, zwłaszcza na początku cyklu. Co ciekawe, krótkie przerwy poprawiały zwilżenie, ale dłuższe już nie. Najbardziej zaskakujący był rytmiczny wzór odpowiadający rozpuszczaniu i wytrącaniu siarki podczas cykli ładowania. Co ważne, same cykle pracy miały pozytywny wpływ na baterie – poprawiały jednorodność elektrolitu i aktywowały siarkę, zwiększając pojemność. To zupełnie inne zachowanie niż w bateriach litowo-jonowych.
Szanse i wyzwania
Baterie litowo-siarkowe obiecują gęstość energii ponad 700 Wh/kg, co byłoby znacznym skokiem w stosunku do obecnych litowo-jonowych. Siarka jest przy tym tania i powszechna, co eliminuje problemy z dostępnością kobaltu czy niklu. Teoretycznie idealne rozwiązanie dla lotnictwa czy elektromobilności. Jednak główną przeszkodą pozostaje optymalizacja ilości elektrolitu – zbyt mało utrudnia zwilżenie i przyspiesza degradację. Publikacja w Advanced Energy Materials daje producentom nowe narzędzia do projektowania, choć sceptycznie podchodziłbym do haseł o rychłej rewolucji. Metoda nieniszczącego obrazowania to krok naprzód, ale od laboratorium do masowej produkcji droga bywa długa. Jeśli jednak uda się opanować procesy degradacji, możemy doczekać się baterii lżejszych i pojemniejszych – a to byłby prawdziwy game changer.