Naukowcy z Uniwersytetu Fudan w Szanghaju opracowali innowacyjną metodę “precyzyjnej terapii” dla akumulatorów litowo-jonowych, która pozwala na ich odmłodzenie i wydłużenie żywotności nawet powyżej 12 000 cykli ładowania i rozładowania. To ogromny postęp w stosunku do obecnych standardów, gdzie ogniwa w smartfonach czy samochodach elektrycznych wytrzymują zwykle 1000-1500 cykli.
Czytaj też: Akumulatory litowo-jonowe z niesamowitym elektrolitem gotowe do masowej produkcji
Technologia ta, opisana na łamach czasopisma Nature, może mieć istotny wpływ na rozwój sektora elektromobilności, magazynowania energii oraz urządzeń mobilnych. Baterie, które dotąd traciły swoją pojemność po kilku latach użytkowania, teraz zyskują szansę na “drugie życie”, co oznacza nie tylko korzyści ekonomiczne, ale również ekologiczne – zmniejszenie ilości odpadów i ograniczenie wydobycia litu.
Gao Yue, jeden z autorów badań z Uniwersytetu Fudan, mówi:
Podobnie jak w przypadku leczenia chorób u ludzi, skupiliśmy się na naprawie kluczowych problemów baterii, zachowując ich zdrowe komponenty.
Jak działa “odmładzanie” akumulatorów?
Centralnym elementem tej technologii jest specjalna cząsteczka transportowa – LiSO2CF3. Naukowcy porównują jej działanie do precyzyjnej operacji chirurgicznej. Cząsteczka ta działa niczym “pojazd”, który dostarcza brakujące jony litu do wnętrza baterii. Z czasem, gdy proces regeneracji zostaje zakończony, nośnik ten ulega rozkładowi i zostaje usunięty w postaci gazu.
Czytaj też: Ładowanie w minutę, żywotność na dekady – oto przełomowy akumulator litowo-siarkowy
Mechanizm ten skupia się na zachowaniu w dobrym stanie elektrod – katody i anody – które zwykle pozostają sprawne nawet po utracie znacznej liczby jonów litu. To właśnie ich brak jest głównym powodem degradacji ogniwa.
Gao Yue tłumaczy:
Nasza metoda polega na zachowaniu istniejących komponentów baterii i precyzyjnym uzupełnieniu utraconych jonów litu. Chcieliśmy stworzyć funkcjonalny materiał, który znacząco wydłuży żywotność baterii bez potrzeby całkowitej wymiany ogniw.
Wybór odpowiedniej cząsteczki transportowej nie był łatwy. Naukowcy musieli stworzyć ją praktycznie od podstaw, ponieważ w literaturze naukowej nie istniały gotowe rozwiązania. Z pomocą przyszła sztuczna inteligencja (AI). Badacze zdigitalizowali właściwości setek cząsteczek i skorzystali z baz danych z zakresu chemii organicznej, elektrochemii oraz inżynierii materiałowej. W wyniku tych prac powstała właśnie LiSO2CF3 – substancja o wyjątkowych właściwościach.
Charakteryzuje się dobrą rozpuszczalnością w elektrolicie akumulatora, wysoką kompatybilnością z różnymi rodzajami aktywnych materiałów oraz niską ceną produkcji, przy jednoczesnej łatwej dostępności surowców. Testy laboratoryjne wykazały, że baterie poddane “terapii” zachowały niemal fabryczną wydajność nawet po 12 000 cykli ładowania. Dla porównania, standardowe ogniwa tracą większość swojej pojemności już po około 500-2000 cyklach.
Potencjalne zastosowania tej technologii są ogromne, szczególnie w kontekście globalnego wzrostu zapotrzebowania na baterie litowe. Międzynarodowa Agencja Energetyczna (IEA) szacuje, że do 2040 roku liczba pojazdów elektrycznych (EV) na świecie może wzrosnąć dziesięciokrotnie, co zwiększy zapotrzebowanie na lit o setki procent. Dzięki technologii regeneracji baterii możliwe będzie znaczne ograniczenie potrzeby wydobycia nowych surowców. Przemysł wydobywczy litu, skoncentrowany głównie w Ameryce Południowej, jest bowiem jednym z najbardziej destrukcyjnych dla środowiska.
Przed naukowcami stoją jeszcze wyzwania związane ze skalowaniem technologii i dostosowaniem jej do masowej produkcji. Jednak jeśli metoda ta zostanie wdrożona na szeroką skalę, może znacząco zmniejszyć koszt posiadania EV oraz wydłużyć cykl życia urządzeń elektronicznych.
