Fluor za moćnije baterije e-vozila
Novi elektrolit koji sadrži fluor utire put dugotrajnim baterijama visokih performansi
Sastojak mnogih pasta za zube je natrijev fluorid, spoj fluora. Dodaje se za zaštitu zuba od karijesa. Ali spojevi koji sadrže fluor imaju i druge praktične namjene: znanstvenici Nacionalnog laboratorija Argonne američkog Ministarstva energetike (DOE) otkrili su fluoridni elektrolit koji bi mogao zaštititi bateriju sljedeće generacije od gubitka performansi.
Plus i minus
Kemijski sastav nelitij-ionskih baterija nudi dvostruko ili više energije pohranjene u određenom volumenu ili težini u usporedbi s litij-ionskim. Problem je što njihova visoka gustoća energije brzo opada s ponavljanim punjenjem i pražnjenjem.
Jedan od glavnih kandidata ima anodu izrađenu od metalnog litija umjesto grafita koji se inače koristi u litij-ionskim baterijama. Katoda je metalni oksid koji sadrži nikal, mangan i kobalt (NMC). Iako može isporučiti više nego dvostruko veću gustoću energije te izvanredne performanse brzo nestaju, za manje od sto ciklusa punjenja i pražnjenja.
Promjena elektrolita
Rješenje je uključivalo promjenu elektrolita, tekućine kroz koju se litijevi ioni kreću između katode i anode kako bi ostvarili naboj i pražnjenje. Istraživači su otkrili novo otapalo fluora koje održava robustan zaštitni sloj tijekom stotina ciklusa. On povezuje fluoriranu pozitivno nabijenu komponentu s drugom, negativno nabijenom fluoriranom komponentom.
Simulacije na ALCF-ovom superračunalu Theta otkrile su da se kationi fluora lijepe i nakupljaju na površinama anode i katode prije bilo kakvog ciklusa naboja i pražnjenja. Zatim se tijekom ranih faza ciklusa formira elastični SEI sloj, bolji od onih na prethodnim elektrolitima. Elektronska mikroskopija visoke razlučivosti pokazala je da visoko zaštitni SEI sloj na anodi i katodi dovodi do stabilnog ciklusa.
Tri glavne prednosti
Novi elektrolit ima mnoge prednosti: jeftin je jer se može napraviti s iznimno visokom čistoćom i prinosom u jednom jednostavnom koraku; ekološki je prihvatljiv jer koristi mnogo manje hlapljivog otapala; i sigurniji je jer nije zapaljiv.
"Litij-metalne baterije s našim fluoriranim kationskim elektrolitom mogle bi potaknuti industriju električnih vozila, a korisnost ovog elektrolita nedvojbeno se proteže i na druge vrste naprednih baterijskih sustava izvan litij-ionskih", kažu znanstvenici Aragonnea koji su rezultate svog rada predstavili u časopisu Nature Communications.
