Akumulatory litowo-powietrzne eliminują strach dotyczący zasięgu
Samochody elektryczne to jedno z rozwiązań problemów dotyczących zanieczyszczenia powietrza w Europie, a do ich zasilania wykorzystywane są najczęściej akumulatory litowo-jonowe. Akumulatory takie mają jednak słabą gęstość mocy, co oznacza, że magazynują relatywnie niewiele energii w stosunku do swojej masy. Dlatego też rozważa się możliwości wykorzystania alternatywnych typów akumulatorów. Mogą nimi być akumulatory litowo-powietrzne, ze względu na ich doskonałą gęstość energii. Akumulatory te zbudowane są z metalicznej anody i katody powietrznej stale pobierającej tlen z otoczenia. Ich zaletą jest 10-krotnie większa gęstość energetyczna w porównaniu z gęstością akumulatorów litowo-jonowych. Zbadanie tego obiecującego rozwiązania jest celem finansowanego ze środków UE projektu STABLE (Stable high-capacity lithium-air batteries with long cycle life for electric cars). Jednym z większych wyzwań była poprawa cyklu życia akumulatorów, które przed realizacją projektu STABLE osiągały co najwyżej 50 cykli. Celem projektu było zwiększenie liczny cykli ładowania z 50 do 100-150 bez utraty wydajności. Zadanie zakończyło się powodzeniem, a naukowcy osiągnęli poziom ponad 150 cykli. Aby osiągnąć takie rezultaty, przeprowadzono innowacyjne badania w zakresie anody i katody akumulatorowej oraz materiałów i technologii elektrolitycznych. Zbadano również techniki montażu akumulatorów odgrywające kluczową rolę w wydajności, kosztach oraz oddziaływaniu na środowisko. Zespół znalazł wysoce aktywne dwufunkcyjne katalizatory zdolne do skutecznej regeneracji akumulatorów i wykorzystał odpowiednie membrany do ochrony anody litowej przed tworzeniem się dendrytów. Zwiększył również stabilność elektrolitu, tak aby poprawić rozpuszczalność Li2O2 i uniknąć zatykania katod. Oprócz warstw ochronnych na anodzie badacze wykorzystali w szczególności stopy litu oraz srebra i magnezu, aby opanować reaktywność litu. Materiały węglowe ułatwiają opanowanie odwracalności reakcji redukujących tlen. Obiecujące wyniki uzyskano przy użyciu węgli mezoporowatych, nanorurek węglowych, włókien węglowych i grafenu jako katodowego materiału elektrody. Badacze wykorzystali pirolizę metodą natryskiwania płomieniowego w celu syntezy kilku nanoproszków ceramicznych zwiększających pojemność katody. Na porowatej katodzie uzyskano katalizatory o rozmiarze nano. Dodanie cieczy jonowych do rozpuszczalników organicznych znacznie zwiększyło przewodność jonową elektrolitu. Nanocząstki tlenku metalu również ograniczyły wzrost dendrytów i zwiększyły rozpuszczalność w tlenie, lepkość i polarność elektrolitu. Prace w ramach projektu STABLE stanowią istotny postęp w kierunku wydłużenia żywotności akumulatorów litowo-powietrznych. Dzięki takim akumulatorom samochody elektryczne mogą działać dłużej na jednym ładowaniu, zwiększając zaufanie konsumentów oraz konkurencyjność rosnącego europejskiego rynku samochodów elektrycznych.
Słowa kluczowe
Strach dotyczący zasięgu, litowo-powietrzny, akumulator litowo-powietrzny, samochody elektryczne, gęstość energetyczna
