Cieszące się ogromną popularnością baterie litowo-jonowe wykorzystują ciekły elektrolit. Alternatywą dla takowego jest stały, a jednym z potencjalnych kandydatów okazuje się związek na bazie litu. Ten w temperaturze działania akumulatora utrzymuje się w stanie stałym, choć zachodzący w jego obrębie transport jonów jest tak dynamiczny, jakbyśmy mieli do czynienia ze stanem ciekłym. Z tego względu inżynierowie określają go mianem superjonowego.
Czytaj też: Zamiast ładować elektryka, po prostu wymień akumulator. Ten sposób zyskuje coraz większą popularność
Nie wiedzieli jednak, dlaczego jony litu mogą tak łatwo przemieszczać się przez stałą strukturę krystaliczną tego materiału. Kiedy przedstawiciele Duke University przeprowadzili analizy na poziomie molekularnym, stało się jasne, że są świadkami zachowania przypominającego właściwości cieczy. Wykorzystując modele uczenia maszynowego autorzy publikacji dostępnej w Nature Physics dokonali istotnych postępów w kontekście badania tego zadziwiającego fenomenu.
Dlaczego transport jonów w akumulatorów jest uznawany za istotny? Bo szybkość i łatwość zachodzenia tego mechanizmu mają istotne przełożenie na to, jak wydajnie będzie przebiegało ładowanie baterii. A przecież takowe są stosowane niemal na każdym kroku – zarówno w mniej lub bardziej poręcznej elektronice, jak i znacznie większych elektrycznych samochodach.
Akumulatory ze stałym elektrolitem mają zapewniać dotychczasową wydajność, jednocześnie zdecydowanie poprawiając bezpieczeństwo
W wariancie wykorzystującym ciekły elektrolit – cieszącym się obecnie największą popularnością – problemem pozostaje łatwopalność. Podwyższone ryzyko awarii oraz ograniczona żywotność takich urządzeń nie pozostają obojętne w czasie debat o przydatności akumulatorów litowo-jonowych z ciekłym elektrolitem. Stała alternatywa miałaby stanowić wyjście z sytuacji, choć najpierw trzeba byłoby poprawić tempo i wydajność ładowania.
Jednym z częściej rozpatrywanych kandydatów na składnik takich akumulatorów przyszłości jest tzw. argyrodite uznawany za materiał superjonowy. O ile w temperaturze pokojowej pozostaje w stanie stałym, to jony litu przemieszczają się przez niego tak, jakby pozostawały wewnątrz ciekłego materiału. Naukowcy musieli się jedynie dowiedzieć, dlaczego tak się dzieje. Teraz przekonują, że dokonali tej sztuki.
Czytaj też: Sztuczna inteligencja replikuje ludzi. Wkrótce nie odróżnimy człowieka od maszyny
Ostatecznie członkowie zespołu badawczego uznali, że zdolność jonów do szybkiego przemieszczania się przez ten materiał jest następstwem jego drgań molekularnych. O ile w ciałach stałych niskie temperatury warunkują zwykle ograniczoną częstotliwość drgań, tak w przypadku tego minerału jest odwrotnie. Przywodzi to na myśl zachowanie cieczy. Mając to na uwadze inżynierowie będą teraz mogli projektować jeszcze lepsze materiały w kontekście produkcji akumulatorów ze stałym elektrolitem.