Acumulatori Li-Ion de patru ori mai durabili, obţiunuţi în urma unei greşeli de laborator

Lucrând împreună pentru găsirea unor noi modalităţi pentru extinderea duratei de viaţă a acumulatorilor Li-Ion, cercetători de la Universitatea Tsinghua din Beijing şi ai Massachusetts Institute of Technology au creat un nou tip de anod, capabil să reziste la de patru ori mai multe cicluri de încărcare/descărcare  decât soluţiile folosite până acum.

Aparent, descoperirea a fost făcută în urma unui experiment executat greşit, un lot de anozi pentru baterii Li-Ion experimentale fiind lăsaţi în cuva pentru tratament chimic timp de mai multe ore decât era planificat iniţial. În loc să trimită lotul produs direct la gunoi, cercetătorii au decis să continue cu asamblarea acumulatorilor, testele de anduranţă desfăşurate ulterior evidenţiind performanţe mult peste aşteptări.

În cadrul experimentelor, cercetătorii au evaluat folosirea aluminiului în anozii bateriilor Li-Ion ca înlocuitor pentru grafit – materialul folosit în mod tradiţional pentru această componentă. Deşi oferă capacitate de stocare a energiei superioară anozilor din grafit, cei realizaţi din aluminiu erau până acum evitaţi din cauza fenomenului de expansiune/contracţie ce apare la fiecare ciclu de încărcare/descărcare, ducând la distrugerea rapidă a acumulatorului.

Cercetătorii căutau modalităţi pentru a opri formarea stratului de oxid la suprafaţa nano-particulelor din aluminiu atunci când acestea sunt expuse la aer, tratând materialul într-o baie de acid sulfuric şi oxisulfat de titan. Procedura are drept rezultat înlocuirea oxidul de aluminiu nedorit cu oxid de titan, mai stabil şi bun conductor electric. Contrar aşteptărilor, tratamentul chimic întins pe o durată mai mare de timp decât era planificat a permis formarea unui strat exterior de nanoparticule foarte rezistent, capabil să reziste la expansiunea şi contracţia  nucleului din aluminiu ce formează corpul anodului.

Reevaluaţi după 500 cicluri încărcare/descărcare, acumulatorii echipaţi cu noul tip de anod prezentau doar scăderi minime ale capacităţii de înmagazinare a energiei, sugerând o anduranţă de până la 4 ori mai mare decât pot oferi acumulatori Li-Ion echipaţi cu anod convenţional din grafit.

Foarte important, producerea noului tip de anod cu strat protector de nanoparticule şi interior din aluminiu nu este cu mult mai complexă sau costisitoare decât producerea anozilor pe bază de grafit, introducerea acestora în acumulatori pentru uz comercial fiind probabil doar o chestiune de timp.