Wyobraź sobie, że telefonu czy laptopa nie musisz ładować przez kilka tygodni używania. To marzenie starają się spełnić naukowcy, którzy poszukują materiałów na akumulatory (poza standardowymi ogniwami litowo-jonowymi).

Reklama

W opublikowanym niedawno w „Science” artykule chemicy z kilku instytucji, m.in. Caltechu, NASA, Honda Research Institute oraz Lawrence Berkeley National Laboratory opisali nowy rodzaj ogniwa, oparty o ujemnie naładowane jony – aniony fluorowe. „Baterie fluorowe mogą mieć większą gęstość energii, co sprawia, że w tej samej objętości zgromadzą więcej ładunku – do ośmiu razy więcej, niż ogniwa, których używamy dzisiaj”, mówi Robert Grubbs, jeden z autorów artykułu. Grubbs jest profesorem chemii na Caltechu i zwycięzcą Nagrody Nobla z 2005 roku. „Jednakże fluor jest trudny we współpracy, gównie z uwagi na swoją reaktywność”.

Już w latach 70. XX wieku naukowcy starali się stworzyć ogniwa fluorowe, ale ówczesne ogniwa ze stałym elektrolitem działały tylko w wysokiej temperaturze. Teraz naukowcy odkryli, jak używać fluor w bateriach z ciekłym elektrolitem w temperaturze pokojowej. „Nadal jesteśmy na wczesnym etapie rozwoju, ale wiemy, że to pierwsza fluorowa bateria, która działa w temperaturę pokojowej”, wyjaśnia Simon Jones, jeden z autorów prac nad nowym ogniwem.
Prąd w akumulatorze wytwarzany jest na skutek przenoszenia jonów pomiędzy elektrodami. Jest to o wiele łatwiejsze w ciekłym elektrolicie. W przypadku ogniw litowo-jonowych, to naładowane jony litu są nośnikiem ładunku w akumulatorze.

„Ładowanie ogniwa przypomina wtaczanie piłki na górę, a potem jej spuszczanie w dół po zboczu i tak w kółko”, mówi profesor Thomas Miller z Caltechu. „Przechodzi się przez cykle magazynowania energii i jej wykorzystywania”.

Jony litu są kationami – są naładowane dodatnio. Jony fluoru w nowym ogniwie z kolei naładowane są ujemne, są anionami. Istnieją wady i zalety takiego rozwiązania. Z jednej strony aniony transportuje się łatwiej, co oznacza, że ogniwo łatwiej się ładuje i może mieć większą pojemność, ale „wyzwanie zaczyna się w momencie, gdy trzeba zmusić system do działania z sensownym napięciem”, mówi Jones.

Kluczem do działania ogniwa okazuje się płynny elektrolit – bis(2,2,2-trifluoroetyl)eter – BTFE. Stabilizuje on jony fluoru i pozwala im się poruszać. To Jones pierwszy raz pomyślał o tym rozpuszczalniku do produkcji ogniwa. Nie miał wielkich oczekiwań i próby z BTFE go zaskoczyły, bo system działał bardzo dobrze.

W tym momencie Jones zwrócił się do Millera z prośbą o pomoc, by zrozumieć, czemu rozwiązanie to zadziałało tak doskonale. Miller wraz ze swoją grupą przeprowadził symulacje komputerowe, które wykazały, które z cech BTFE mają stabilizujący wpływ na fluor.
Dzięki temu badacze byli w stanie zoptymalizować roztwór, by zwiększyć jego stabilność i poprawić parametry elektryczne ogniwa. „Otworzyliśmy nowy sposób tworzenia akumulatorów o długiej żywotności”, mówi Jones. „Fluor wraca do łask w ogniwach”.

Źródło: techxplore.com

Artykuł stanowi utwór w rozumieniu Ustawy 4 lutego 1994 r. o prawie autorskim i prawach pokrewnych. Wszelkie prawa autorskie przysługują swiatoze.pl. Dalsze rozpowszechnianie utworu możliwe tylko za zgodą redakcji.