Nie jest tajemnic\u0105, \u017ce akumulatory litowo-jonowe odgrywaj\u0105 wiod\u0105c\u0105 rol\u0119 w zasilaniu zar\u00f3wno pojazd\u00f3w elektrycznych, jak i system\u00f3w magazynowania energii opartych na akumulatorach. Problem polega jednak na tym, \u017ce akumulatory te w znacznym stopniu opieraj\u0105 si\u0119 na kluczowych minera\u0142ach, takich jak lit, kobalt, nikiel i grafit. Ta zale\u017cno\u015b\u0107 stwarza powa\u017cne zagro\u017cenia w \u0142a\u0144cuchu dostaw. W miar\u0119 jak coraz bardziej sk\u0142aniamy si\u0119 ku energii odnawialnej i infrastrukturze elektrycznej, zapotrzebowanie na niedrogie i oparte na bogatych zasobach rozwi\u0105zania w zakresie magazynowania energii nigdy nie by\u0142o tak pilne.<\/p>\n
To prowadzi nas do fascynuj\u0105cego prze\u0142omu, jaki mia\u0142 miejsce w Massachusetts Institute of Technology (MIT). Grupa pracowitych naukowc\u00f3w pod kierownictwem profesora Ju Li obra\u0142a alternatywn\u0105 \u015bcie\u017ck\u0119, badaj\u0105c baterie sodowo-metalowe jako obiecuj\u0105c\u0105 opcj\u0119. Co wyr\u00f3\u017cnia s\u00f3d? Po pierwsze, wyst\u0119puje on w znacznie wi\u0119kszych ilo\u015bciach, nie wspominaj\u0105c ju\u017c o tym, \u017ce jest znacznie ta\u0144szy od litu. Wyzwaniem jest jednak reaktywno\u015b\u0107 sodu, kt\u00f3ra sprawia, \u017ce jest on trudnym kandydatem, gdy chodzi o zapewnienie d\u0142ugotrwa\u0142ej stabilno\u015bci i szybkiego \u0142adowania akumulator\u00f3w.<\/p>\n
Jednak naukowcy z MIT nie daj\u0105 si\u0119 \u0142atwo zniech\u0119ci\u0107. Ich determinacj\u0119 nap\u0119dza eksperymentowanie z rol\u0105 elektrolitu, kt\u00f3ry odgrywa kluczow\u0105 rol\u0119 w wydajno\u015bci akumulatora. Elektrolity te pe\u0142ni\u0105 funkcj\u0119 niezb\u0119dnego \u015brodowiska, umo\u017cliwiaj\u0105cego jonom przemieszczanie si\u0119 tam i z powrotem mi\u0119dzy anod\u0105 a katod\u0105. K\u0142opoty zaczynaj\u0105 si\u0119, gdy niekt\u00f3re elektrolity zaczynaj\u0105 \u201egra\u0107 nieczysto\u201d i wchodz\u0105 w niepo\u017c\u0105dane reakcje chemiczne z elektrodami, co prowadzi do niestabilno\u015bci baterii. Te niepo\u017c\u0105dane reakcje cz\u0119sto skutkuj\u0105 powstaniem trudnych do opanowania zwi\u0105zk\u00f3w, kt\u00f3re blokuj\u0105 jonom drog\u0119, co nieuchronnie prowadzi do awarii baterii.<\/p>\n
W tej trudnej sytuacji naukowcy z MIT dokonali w 2021 roku niezwyk\u0142ego odkrycia. Natrafili na cz\u0105steczk\u0119 o nazwie DMTMSA, kt\u00f3ra, jak si\u0119 okaza\u0142o, zapewnia stabilno\u015b\u0107 akumulator\u00f3w litowych. Jaki jest teraz plan dzia\u0142ania? Zag\u0142\u0119bi\u0107 si\u0119 w temat i ustali\u0107, czy podobne cz\u0105steczki mog\u0142yby pokona\u0107 przeciwno\u015bci i poprawi\u0107 stabilno\u015b\u0107 oraz szybko\u015b\u0107 \u0142adowania akumulator\u00f3w sodowych.<\/p>\n
Wyzwanie to przypomina szybki spacer zat\u0142oczon\u0105 ulic\u0105 z niewielkim plecakiem, a nie z d\u017awiganiem niepor\u0119cznej walizki. Mniejsze cz\u0105steczki rozpuszczalnika przyspieszaj\u0105 ruch jon\u00f3w, jednocze\u015bnie zapewniaj\u0105c stabilno\u015b\u0107. Problem polega jednak na tym, \u017ce szybszy transport jon\u00f3w zazwyczaj obni\u017ca stabilno\u015b\u0107 elektrolitu. Zesp\u00f3\u0142 z MIT uwa\u017ca jednak, \u017ce zmniejszenie rozmiaru cz\u0105steczek rozpuszczalnika stanowi nowatorski spos\u00f3b na pokonanie tej przeszkody.<\/p>\n
Zainspirowany tym nowym podej\u015bciem Chia-Wei Hsu, doktorant MIT, opracowa\u0142 innowacyjny algorytm oparty na sztucznej inteligencji. To genialne narz\u0119dzie zaprojektowa\u0142o a\u017c 100 000 potencjalnych cz\u0105steczek w zaledwie 24 godziny. Po zaw\u0119\u017ceniu listy do zaledwie 200 zwi\u0105zk\u00f3w wybrano 27 z nich do rygorystycznych test\u00f3w eksperymentalnych. Najlepiej wypad\u0142 DMFSA \u2013 najmniejszy i najskuteczniejszy rozpuszczalnik.<\/p>\n
Ta pionierska praca stanowi odpowied\u017a na d\u0142ugotrwa\u0142e wyzwanie zwi\u0105zane ze zwi\u0119kszeniem wydajno\u015bci akumulator\u00f3w przy wysokich szybko\u015bciach \u0142adowania i roz\u0142adowywania bez uszczerbku dla stabilno\u015bci. Skupiaj\u0105c si\u0119 na wielko\u015bci cz\u0105steczek rozpuszczalnika, zesp\u00f3\u0142 opracowa\u0142 nowy model, kt\u00f3ry mo\u017ce utorowa\u0107 drog\u0119 do ta\u0144szych akumulator\u00f3w o wysokiej wydajno\u015bci. A to jeszcze nie koniec. Naukowcy nieustannie poszukuj\u0105 jeszcze lepszych rozpuszczalnik\u00f3w, wykorzystuj\u0105c DMFSA jako punkt wyj\u015bcia. Jaki jest ich cel? Opracowanie prze\u0142omowych akumulator\u00f3w sodowo-metalowych z wykorzystaniem niedrogich i \u0142atwo dost\u0119pnych materia\u0142\u00f3w, kt\u00f3re zapewni\u0105 szybkie \u0142adowanie i wysok\u0105 moc.<\/p>\n
Opr\u00f3cz tchni\u0119cia nowego \u017cycia w baterie sodowe naukowcy chc\u0105 zaproponowa\u0107 \u015bwie\u017ce podej\u015bcie do projektowania elektrolit\u00f3w \u2014 oparte na wielko\u015bci rozpuszczalnika i podobie\u0144stwie molekularnym. Ta prze\u0142omowa koncepcja mo\u017ce mie\u0107 ogromny wp\u0142yw na przysz\u0142e technologie magazynowania energii.<\/p>\n
Te prze\u0142omowe badania zosta\u0142y sfinansowane przez Korea\u0144sk\u0105 Narodow\u0105 Fundacj\u0119 Bada\u0144 Naukowych oraz ameryka\u0144sk\u0105 Narodow\u0105 Fundacj\u0119 Naukow\u0105. Aby g\u0142\u0119biej zag\u0142\u0119bi\u0107 si\u0119 w \u015bwiat innowacji w dziedzinie akumulator\u00f3w, zapoznaj si\u0119 z pe\u0142n\u0105 wersj\u0105 Artyku\u0142 w MIT News<\/a>.<\/p>\n