Учени вземат уроци от природата, за да подобрят батериите

Сегашното поколение литиеви батерии има слаби места и това ограничава приложението им. Те са скъпи заради редкия алкален метал, чиито добив е свързан с екологични, но и със социални аспекти. Проблем е обаче и относително бързият спад на капацитета и той е особено значим, ако тези батерии трябва да се използват в електрически превозни средства.

battery

За да преодолеят тази слабост, учените решиха да разгледат как организмите се справят с ефектите на разпадането и стареенето на свободните радикали и реакцията на кислорода в природата. Те достигнаха до интересни и полезни открития, споделени и чрез публикация в Journal of the American Chemical Society.

Един от проблемите, открити при съвременните литиево-йонни батерии, е загубата на капацитет. Електролитите в батерията създават средата, която свързва двата полюса (анод и катод) на електрохимичен енергиен носител. Електролитът може да бъде течен или подобен на паста, в зависимост от вида на батерията. Но целта му е винаги една и съща: транспортиране на положително заредени йони между анода и катода. В съвременните литиево-йонни батерии химичното разпадане на електролита се случва по време на цикъла на веригата чрез окисляване от силно реактивен кислород.

lithium

Разпадът възниква в резултат на взаимодействие с така наречените „свободни радикали“. Свободните радикали са молекули с несдвоени валентни електрони (електрони, разположени във външната обвивка на атома), което ги прави силно химически реактивни.

Настоящите опити за намаляване на загубите при литиевата батерия обикновено се състоят от инженерни решения, като използване на твърд електролит вместо течен или създаване на физическа бариера за намаляване на скоростта на разграждане. Тези усилия, все още не са достатъчни, за да се гарантира желаната ефективност.

Тъй като кислородът е един от елементите, способни да изтеглят електрони от други атоми и молекули, реакции от такъв тип се случват почти навсякъде в природата. Помислете за желязото, което ръждясва, или за ябълките, които потъмняват, когато останат нарязани за минути в стаята. Всичко това е резултат от окисляване. Природата е измислила голямо разнообразие от решения за борба с влиянието на кислорода върху организмите. Обикновено те създават различни видове ензими, които събират свободни радикали и кислород, за да предотвратят увреждане.

smartphone

Учени от Института за биоенергия и биопроцеси в китайския град Циндао са стигнали до идеята да се опитат да копират това, което организмите в природата правят и да го използват за подобряване на технологията на батериите. Вдъхновявайки се от механизмите, които организмите използват за борбата с окисляването, екипът създаде фотостабилизатор под формата на сравнително проста добавка против стареене, която може да се добави към електролита в батериите. Вътре в батерията добавката ще събира свободни радикали и кислородни атоми, за да намали значително скоростта на разпадане.

Първоначалните теоретични изчисления и експерименталното изследване показаха, че вдъхновеният от природата механизъм показва подобрени електрохимични характеристики, дори при по-високи температури в сравнение с конвенционалните литиеви батерии. Тези резултати може да са началото на нов модел за работа с химията на всички видове акумулаторни батерии, които страдат от химическо разграждане и кратък живот. В момента се работи по това новата технология да премине към масово производство и внедряване в практиката. Когато това се случи ще ползваме продукт, който ще замени масово използваните днес във всички електронни устройства и при електрическите автомобили батерии.

www.infoz.bg  www.infoz.bg