Νέο υλικό από δένδρα μπορεί να ανοίξει τον δρόμο για καλύτερες και ασφαλέστερες μπαταρίες

Οι ερευνητές ελπίζουν ότι το νέο αυτό υλικό θα μπορούσε να είναι ένα βήμα προς την εισαγωγή της τεχνολογίας μπαταριών στερεάς κατάστασης στη μαζική αγορά.

Ένα υλικό που προέρχεται από τα δέντρα θα μπορούσε, ενδεχομένως, να αντικαταστήσει τους υγρούς ηλεκτρολύτες στις μπαταρίες επόμενης γενιάς.

Επιδιώκοντας την παραγωγή μπαταριών που παρέχουν περισσότερη ισχύ και λειτουργούν με μεγαλύτερη ασφάλεια, οι ερευνητές εργάζονται για να αντικαταστήσουν τα υγρά που χρησιμοποιούνται συνήθως στις σημερινές μπαταρίες ιόντων-λιθίου με στερεά υλικά.

Πιο συγκεκριμένα, μια ερευνητική ομάδα από το Πανεπιστήμιο Μπράουν και το Πανεπιστήμιο του Μέριλαντ έχει αναπτύξει ένα νέο υλικό που μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε μπαταρίες στερεάς κατάστασης, το οποίο προέρχεται από τα δέντρα.

Τα χαρακτηριστικά του νέου υλικού για τη δημιουργία μπαταριών

Σε έρευνα που δημοσιεύτηκε στο επιστημονικό περιοδικό Nature, η ομάδα παρουσίασε έναν στερεό αγωγό ιόντων που συνδυάζει χαλκό με νανοϊνίδια κυτταρίνης που προέρχονται από ξύλο.

Το υλικό αυτό έχει 10 έως 100 φορές καλύτερη αγωγιμότητα από τους υπόλοιπους αγωγούς ιόντων, υποστηρίζουν οι ερευνητές.

Το έργο αποτελεί μια συνεργασία μεταξύ του εργαστηρίου του Hu και του εργαστηρίου του Yue Qi, καθηγητή στο Brown’s School of Engineering.

«Με την ενσωμάτωση χαλκού με μονοδιάστατα νανοϊνίδια κυτταρίνης, δείξαμε ότι η συνήθως μονωτική κυτταρίνη προσφέρει ταχύτερη μεταφορά ιόντων-λιθίου εντός των πολυμερών αλυσίδων», δήλωσε ο Liangbing Hu, καθηγητής στο Τμήμα Επιστήμης και Μηχανικής Υλικών του Πανεπιστημίου του Μέριλαντ.

«Στην πραγματικότητα, βρήκαμε ότι αυτός ο αγωγός ιόντων πέτυχε ένα ρεκόρ υψηλής ιοντικής αγωγιμότητας μεταξύ όλων των στερεών πολυμερών ηλεκτρολυτών».

Τα πλεονεκτήματα του νέου υλικού για μπαταρίες

Οι σημερινές μπαταρίες ιόντων-λιθίου, οι οποίες χρησιμοποιούνται ευρέως, από τα κινητά τηλέφωνα μέχρι τα αυτοκίνητα, περιέχουν ηλεκτρολύτες κατασκευασμένους από άλας λιθίου διαλυμένους σε υγρό οργανικό διαλύτη. Οι υγροί ηλεκτρολύτες λειτουργούν αρκετά καλά, αλλά έχουν ορισμένα μειονεκτήματα.

Σε υψηλές τάσεις, μικροσκοπικά νημάτια από μέταλλο λιθίου, που ονομάζονται δενδρίτες, μπορούν να σχηματιστούν στον ηλεκτρολύτη οδηγώντας τον σε βραχυκύκλωμα.

Επιπλέον, οι υγροί ηλεκτρολύτες κατασκευάζονται με εύφλεκτες και τοξικές χημικές ουσίες, οι οποίες μπορούν εύκολα να πάρουν φωτιά.

Το V2X θα αλλάξει για πάντα τη σχέση μας με τη μετακίνηση

Οι στερεοί ηλεκτρολύτες έχουν τη δυνατότητα να αποτρέψουν τη διείσδυση δενδρίτη και μπορούν να κατασκευαστούν από μη εύφλεκτα υλικά. Οι περισσότεροι από τους στερεούς ηλεκτρολύτες που έχουν ερευνηθεί μέχρι στιγμής είναι κεραμικά υλικά, τα οποία είναι εξαιρετικά αγώγιμα, αλλά είναι επίσης άκαμπτα και εύθραυστα.

Η κατασκευή, καθώς επίσης η φόρτιση και η εκφόρτιση μπορεί να οδηγήσουν σε ρωγμές και σπασίματα.

Το υλικό που εισάγεται σε αυτή τη μελέτη, ωστόσο, είναι λεπτό και εύκαμπτο, σχεδόν σαν ένα φύλλο χαρτιού, ενώ η αγωγιμότητα ιόντων του είναι εφάμιλλη με τα κεραμικά.

Τι μπορεί να επισπεύσει τον εξηλεκτρισμό της παγκόσμιας αυτοκινητοβιομηχανίας πριν το 2030;

Οι ερευνητές ελπίζουν ότι το νέο αυτό υλικό θα μπορούσε να είναι ένα βήμα προς την εισαγωγή της τεχνολογίας μπαταριών στερεάς κατάστασης στη μαζική αγορά.