Nedavna napredovanja u litij-sumpornim i litij-metalnim anodama popločila su put manjim, sigurnijim baterijama većeg kapaciteta. Sada ćemo detaljnije pogledati što smanjuje trajanje baterije vašeg mobitela tijekom vremena i kako su tehnologije visokog kapaciteta poput litij-sumpornih baterija i litij-metalnih anoda bliže no ikada da postanu primjenjive.
1. Zašto se kapacitet vaše baterije tijekom vremena smanjuje
Grupa vođena Centrom za istraživanja (Joint Centre for Energy Storage Research) u SAD-u uspjela je sakupiti dokaze o procesima iza pogoršanja litijskih baterija tijekom vremena. Tim je razvio novu metodu koristeći STEM (scanning transmission electron microscopy – metoda za analiziranje nevjerojatno malih struktura) za promatranje tih taloga u litij-polimerskoj bateriji tijekom vremena.
Anoda litijske baterije je ono što određuje ukupan kapacitet, a ti porasti ometaju kako učinkovito anoda može pohraniti litijske ione i time smanjiti kapacitet baterije. Također je pokazano da ti dendritični porasti litij-metala mogu biti opasni i uzrokovati unutarnje kvarove koji dovode do napuhavanja baterije ili još gore eksplodiranja.
S tim novootkrivenim mogućnostima promatranja takvih procesa, tim je uspio odrediti faktore koji kontroliraju te poraste što će pomoći istraživačima u tom području da poboljšaju dugovječnost i sigurnost komercijalnih baterija na bazi litija.
2. Poboljšanja u litij-sumporu
Došlo je do dramatičnog porasta u broju objavljenih radova o litij-sumporovoj tehnologiji, i kao što smo prije objasnili tehnologija je prikazana kao sljedeća iteracija u tehnologiji litijskih baterija, mijenjajući široko prihvaćene litij-polimerske ćelije. Kratak pregled:
Litij-sumpor je izuzetno atraktivna zamjena za trenutne tehnologije jer se jednako jednostavno proizvodi, a ima veći kapacitet punjenja. I što je još bolje, ne zahtijeva vrlo jake otopine koje drastično smanjuju rizik od požara zbog kratkog spoja i puknuća.
Nedavno je grupa sa Sveučilišta u Kaliforniji riješila jedno od pitanja koja okružuju kemiju litij-sumpora, objavivši rad o tome prošlog mjeseca. Tijekom kemijskih reakcija koje se javljaju u procesu punjenja i pražnjenja, formiraju se polisumporni lanci. Ti lanci moraju netaknuto teći kroz elektrolit i tu leži problem, polisumpor se ponekad može otopiti u otopini i uvelike utjecati na dugovječnost baterije.
Grupa je razvila metodu oblaganja tih polisumpora u nanosfere koristeći tanki sloj silicijevog dioksida (u biti stakla), koji drži polisumpor podalje od elektrolita, ali se pritom može jednostavno kretati kroz njih između elektroda. S ovakvim pitanjima koja konstantno rješavaju brojne marljive istraživačke skupine, budućnost litij-sumpornih baterija u našim mobitelima je svakog dana sve bliža.
3. Dolaze litij-metalne anode
Tvrtka SolidEnergy Systems se hvali svojim ”bezanodnim” litijskim baterijama, koje u biti zamjenjuju normalne grafitne i kompozitne anode s tankim litij-metalnim anodama. Tvrde da udvostručuju gustoću energije u usporedbi s grafitnom anodom i za 50% u odnosu na silicij kompozitnu anodu.
Donja slika koju je objavio SolidEnergy pomaže prikazati drastičnu redukciju u veličini, iako moram spomenuti da je malo varljiva. I Xiaomi i Samsung baterije dizajnirane su da budu zamjenjive, pa će imati dodatni plastični oklop i dodatnu elektroniku kao što je punjač ili čak (u nekim Samsung baterijama) NFC antena.
4. Što sve to znači
S obzirom da proizvođači teže tanjem dizajnu mobitela, potreba za gušćim baterijama postaje sve veća. Skladištenje više baterije u manji prostor otvara mogućnost dobivanja nekoliko dana korištenja uređaja.
Kada su u pitanju litij-sumporne baterije, smanjeni rizik od požara zbog kratkog spoja ili puknuća trebao bi naše uređaje učiniti sigurnijim za korištenje i manje opasnim (i jeftinijim) proizvođačima za transport. Ako spojite to s nedavnim napretkom prema bržem punjenju i porastu bežičnog punjenja proteklih godina, smiješi nam se budućnost u kojoj će biti jednostavnije no ikada izbjeći mrtvu smartphone bateriju.
I kada će te nove tehnologije postati dostupne? SolidEnergy procjenjuje da će njegovo ”bezanodno” rješenje izaći na tržište 2016. godine, a čeka nas i sličan raspored i za litij-sumporne baterije, s obzirom na nedavna zbivanja oko ove tehnologije.