Baterie litowe będą bezpieczniejsze?
Świat wielokrotnie obiegały doniesienia o eksplodujących i płonących bateriach w laptopach i telefonach komórkowych. Teraz, dzięki osiągnięciom naukowców z Cambridge, możliwe stanie się konstruowanie bezpieczniejszych akumulatorów.
Baterie litowo-jonowe (Li-Ion) to w tej chwili najwydajniejszy z masowo wykorzystywanych typów akumulatorów. Przy tej samej wadze i rozmiarze pozwalają na zmagazynowanie dwukrotnie większej ilości energii niż używane wcześniej akumulatory niklowo-metalowodorkowe. Nic dziwnego, że są tak powszechne i wszystkie akumulatory wbudowane w sprzęt elektroniczny (telefony komórkowe czy laptopy) to właśnie baterie litowe. Ale poza zaletami, mają one niestety wiele wad.
Wielokrotnie było głośno i zapalających się i wybuchających bateriach w telefonach i laptopach. Zdjęcia i filmy z płonącymi komputerami obiegały świat, były nawet doniesienia - choć nie do końca potwierdzone - o przypadkach śmierci spowodowanych eksplozją komórki. Akcje wymiany wadliwych akumulatorów kosztowały krocie największe firmy elektroniczne świata.
A wszystko to przez drobniutkie włókna litu, który jest materiałem łatwopalnym. Osadzają się one na węglowej anodzie akumulatora, kiedy ten jest ładowany, albo rozładowywany zbyt szybko i powodują zwarcia - a w rezultacie przegrzewanie się i zapalenie baterii. Dlatego każdy akumulator litowy wyposażony jest w elektroniczny układ kontrolujący temperaturę i tempo ładowania. Niestety, taki układ również może się zepsuć, nie mówiąc już o tym, że pozostawienie urządzenia z takim akumulatorem w zbyt wysokiej temperaturze - choćby w samochodzie stojącym na słońcu - może być niebezpieczne.
Eliminacja osadzania się litu na węglowej anodzie zlikwidowałaby większość problemów. Niestety, modele teoretyczne, które miały opisywać sposób gromadzenia się włókienek, nie przydały się na wiele. Podobnie jak badania przy użyciu mikroskopów optycznych i skaningowych mikroskopów elektronowych.
Dokładny przebieg procesów chemicznych wewnątrz litowo-jonowych baterii pozostawał tajemnicą aż do teraz. Postęp osiągnęli naukowcy z Cambridge, który opracowali prosty, ale skuteczny sposób na zajrzenie pod podszewkę akumulatora. Wykorzystali do tego spektroskopię przy użyciu jądrowego rezonansu magnetycznego (NMR) - badania wykorzystującego efekt absorpcji fal elektromagnetycznych o częstotliwości radiowej przez jądra atomowe znajdujące się w polu magnetycznym.
Spektroskopia NMR pozwoliła uczonym obserwować na żywo przebieg reakcji chemicznych w niewielkim akumulatorze li-ion. Dokładne zrozumienie przebiegu osadzania się litowych włókien pozwoli - na co liczą naukowcy - opracować sposób zapobiegania temu zjawisku. Bez rozwiązania problemu łatwopalności - jak podkreśla prof. Grey, autor badań - nie ma mowy o stworzeniu akumulatorów następnej generacji. A bez tego nie ma mowy o bezpiecznym ich zastosowaniu w środkach komunikacji. Obserwacja ogniw litowych podczas pracy pozwoli nam zrozumieć kiedy dokładnie i w jakich warunkach powstają niepożądane i kłopotliwe włókienka.
Artur Jurgawka
