Akumulatory litowo-jonowe dzisiaj zasilają praktycznie wszystko: od smartfonów i laptopów, po pojazdy elektryczne. Przechowują one energię poprzez proces znany jako interkalacja jonów. W dużym uproszczeniu, polega on na ślizganiu się jonów litu między warstwami grafitu – materiału tradycyjnie stosowanego w anodach. Im więcej jonów litu da się zmieścić w ogniwie, tym więcej energii może ono zmagazynować i uwalniać.
Czytaj też: Naładowali akumulator 30 razy szybciej niż normalnie. Na wyniki nie musieli długo czekać
Chociaż proces tej jest dobrze poznany, jego mikroskopijne szczegóły pozostawały niejasne. Naukowcy z University of Manchester rzucają nań nowe światło, skupiając się na “najcieńszej baterii na świecie”, składającej się z zaledwie dwóch warstw atomów węgla. Szczegóły opisano w czasopiśmie Nature Communications.
Ultracienkie baterie zrewolucjonizują elektronikę
Brytyjscy uczeni wykorzystali baterię litowo-jonową, która ma zaledwie 20 μm (mikrometrów) grubości. Anodę grafitową zastąpili w niej dwuwarstwowym grafenem i obserwowali zachowanie jonów litu podczas procesu interkalacji. Okazało się, że nie dzieje się to losowo, a sam proces ma cztery odrębne etapy – jony litu układają się w uporządkowany sposób w każdym z nich. Zjawisko to nazwano “etapowaniem w płaszczyźnie”.
Czytaj też: Nowa czysta metoda wydobycia litu. Akumulatory będą bardziej ekologiczne niż dotychczas
Prof. Irina Grigorieva z University of Manchester mówi:
Odkrycie “etapowania w płaszczyźnie” było całkowicie nieoczekiwane. Ujawniło ono znacznie większy poziom współpracy między siecią jonów litu a siecią krystaliczną grafenu niż wcześniej sądzono. To zrozumienie procesu interkalacji na poziomie atomowym otwiera nowe możliwości optymalizacji baterii litowo-jonowych i ewentualnego eksplorowania nowych materiałów w celu zwiększenia magazynowania energii.
Ciekawe jest to, że dwuwarstwowy grafen ma niższą pojemność magazynowania litu w porównaniu z tradycyjnym grafitem. Wynika to z mniej skutecznego przesiewania oddziaływań między dodatnio naładowanymi jonami litu, co prowadzi do intensywniejszego ich odpychania.
Odkrycia zespołu badawczego z Manchesterze stanowią istotny krok w kierunku przyszłości technologii przechowywania energii. Supercienkie baterie litowo-jonowe mogą zmienić sposób, w jaki korzystamy z energii w elektronice, otwierając nowe możliwości dla ultracienkich, elastycznych i bardziej zintegrowanych urządzeń.