Popękane elektrody. Okazuje się, że w akumulatorach to nie tylko wada

W badaniu przeprowadzonym na Uniwersytecie Michigan ustalono, że pęknięcia powstające na dodatniej elektrodzie akumulatora litowo-jonowego nie są wyłącznie zjawiskiem szkodliwym. Okazuje się, że choć żywotność baterii z popękaną elektrodą jest mniejsza, to zauważalnie zostaje skrócony czas ładowania baterii.

Starania wielu producentów samochodów elektrycznych, w których wykorzystywane są baterie litowo-jonowe dążą do zminimalizowania zjawiska pękania elektrod, ze względu na zmniejszenie z tego powodu żywotności baterii. Według naukowców jednak w przypadku ponad połowy dostępnych na rynku baterii tego typu, w których katoda (elektroda dodatnia) składa się z ogromnej ilości mikroskopijnych cząsteczek z tlenku litowo-niklowo-manganowego lub litowo-niklowo-kobaltowego pękanie elektrod może znacząco przyspieszyć ładowanie się baterii.

Pęknięcia w elektrodach sprawiają, że katoda zyskuje dodatkową powierzchnię, na której morze nastąpić ładowanie. Yiyang Li, jeden z autorów badania zwraca uwagę na pozytywny aspekt pękających elektrod: "Podczas podróży nie chcemy czekać pięciu godzin na naładowanie samochodu. Chcemy, by był gotowy do drogi w 15 lub 30 minut".

Dalsza część artykułu pod materiałem wideo

Prędkość ładowania katody zależy od stosunku powierzchni do objętości cząstek. Mniejsze elementy powinny ładować się szybciej niż większe, ponieważ mają większą powierzchnię w stosunku do objętości, więc jony litu muszą przeskakiwać na krótsze odległości. Popękane cząsteczki katody mają bardziej aktywne powierzchnie do przyjmowania jonów litu, nie tylko z zewnątrz, ale też w głębi pęknięć. Kluczowe dla badania okazało się sprawdzenie prędkości ładowania się baterii o różnym stopniu popękania.

Uczeni dzięki technice wykorzystywanej do badania neuronów w ludzkim mózgu zbadali poszczególne elementy składowe elektrod. Okazało się, że prędkość ładowania się nie jest uzależniona od wielkości pojedynczych cząsteczek, a popękane elementy zaczynają zachowywać się jak zbiór mniejszych cząsteczek. Ze względu na różny stopień popękania każdej elektrody nie sposób podać jednak konkretnej wielkości przyspieszenia dla ładowanych akumulatorów.

Badania te jednak należy wziąć pod uwagę w przypadku przyszłego opracowywania baterii o długiej żywotności zaopatrzonej w niepękające cząstki monokrystaliczne. Wszystko wskazuje na to, że monokryształy będą musiały być jeszcze mniejsze niż dzisiejsze cząsteczki katod, aby można było myśleć o ich szybkim ładowaniu.