Ni novi materijali ni potpuno nove tehnologije nisu u središtu ovog otkrića. Umjesto toga, istraživači su pokazali da jednostavan kemijski aditiv može značajno produljiti vijek trajanja tehnologije koja već desetljećima dominira svijetom potrošačke elektronike.
Bilo da se radi o pametnom telefonu, prijenosnom računalu, igraćoj konzoli poput Nintendo Switcha ili bežičnom usisavaču, kapacitet baterije s vremenom neizbježno opada. Litij-ionske baterije revolucionirale su svakodnevni život i postale industrijski standard, ali njihov najveći nedostatak ostaje postupna degradacija tijekom punjenja i pražnjenja.
Dok znanstvenici diljem svijeta tragaju za alternativama litij-ionskoj tehnologiji, tim istraživača sa Sveučilišta Maryland pronašao je rješenje u naizgled jednostavnoj kemijskoj modifikaciji. Umjesto promjene osnovne strukture baterije, istraživanje se fokusira na dodavanje male količine aditiva – litijevog difluorofosfata.
Iako ovaj spoj nije nov, studija koju vodi profesor Chunsheng Wang pokazala je koliko snažan učinak može imati na stabilnost i dugovječnost baterija.
Zašto je ovo važno? Zato što se radi o rješenju koje se može primijeniti na postojeće, masovno proizvedene baterije, bez skupih i kompleksnih promjena proizvodnih procesa. Eksperimenti su pokazali da aditiv poboljšava maksimalnu snagu i energetsku učinkovitost, ali i značajno smanjuje gubitak kapaciteta nakon stotina ciklusa punjenja.
„Ovo je relativno jednostavna modifikacija postojećih baterija“, objašnjava Wang. Ako prođe sigurnosna testiranja i dugotrajna ispitivanja, takva tehnologija mogla bi postati dostupna širokom krugu potrošača.
Litij-ionska baterija sastoji se od negativne anode i pozitivne katode, između kojih se nalazi separator natopljen elektrolitom. Tijekom pražnjenja, litijevi ioni putuju od anode prema katodi, dok elektroni napajaju uređaj. Prilikom punjenja, proces se odvija u suprotnom smjeru.
Problem nastaje jer se s vremenom dio litija nepovratno gubi zbog sporednih kemijskih reakcija i mehaničkog naprezanja elektroda, što postupno smanjuje kapacitet baterije.
Ključnu ulogu u tom procesu ima čvrsto elektrolitno sučelje (SEI), tanki zaštitni sloj koji se stvara na anodi tijekom prvih ciklusa punjenja. U klasičnim baterijama taj sloj je nestabilan i s vremenom puca, trošeći litij i ubrzavajući degradaciju.
Dodavanjem litijevog difluorofosfata, elektrolit postaje stabilniji i pogodniji za prihvaćanje elektrona. Time se stvara otporniji, elastičniji i ujednačeniji SEI sloj, koji djeluje kao zaštitna barijera protiv neželjenih reakcija.
Rezultat je sporija degradacija, manji gubitak litija i dulji životni vijek baterije. Još važnije, kemijski sastav aditiva može se prilagoditi različitim razinama zaštite, a istovremeno smanjuje i pucanje katode.
Ovo istraživanje pokazuje da budućnost baterija možda ne leži u radikalnim promjenama, već u pametnim i preciznim poboljšanjima tehnologije koju već svakodnevno koristimo.
