Το «άγιο δισκοπότηρο» των μπαταριών
Ανοίγει ο δρόμος για πολύ πιο ανθεκτικές επαναφορτιζόμενες μπαταρίες
Ύστερα από προσπάθειες πολλών ετών και αλλεπάλληλες αποτυχίες, αμερικανοί ερευνητές πέτυχαν επιτέλους αυτό που θεωρείτο το «άγιο δισκοπότηρο» στο πεδίο των μπαταριών: τη δημιουργία μιας ανόδου (αρνητικού πόλου) μπαταρίας από καθαρό λίθιο. Το επίτευγμα αναμένεται να αυξήσει στο μέλλον δραστικά την αποτελεσματικότητα των μπαταριών, οδηγώντας σε ακόμη μικρότερες και ελαφρότερες μπαταρίες με μεγαλύτερη ενεργειακή απόδοση τόσο για φορητές ηλεκτρονικές συσκευές, όσο επίσης και για ηλεκτρικά οχήματα.
Οι ερευνητές (μεταξύ των οποίων ο μέχρι πρόσφατα υπουργός Ενέργειας των ΗΠΑ και νομπελίστας Στίβεν Τσου), με επικεφαλής τον καθηγητή Γι Τσούι του Τμήματος Επιστήμης Υλικών της Σχολής Μηχανικής του Πανεπιστημίου Στάνφορντ της Καλιφόρνια, που έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό νανοτεχνολογίας «Nature Nanotechnology», χρησιμοποίησαν νανοσφαιρίδια άνθρακα για να προστατέψουν το λίθιο από τις χημικές αντιδράσεις που ως τώρα περιόριζαν την χρήση του στην άνοδο μιας μπαταρίας.
Σε όλο τον κόσμο, οι μηχανικοί πασχίζουν να σχεδιάσουν επαναφορτιζόμενες μπαταρίες με μικρότερο μέγεθος και βάρος, αλλά με μεγαλύτερη ανθεκτικότητα. Όλες οι μπαταρίες έχουν τρία βασικά μέρη: έναν ηλεκτρολύτη, μία άνοδο και μία κάθοδο, ανάμεσα στις οποίες κινούνται τα ηλεκτρόνια. Οι σημερινές ευρέως χρησιμοποιούμενες μπαταρίες είναι ιόντων λιθίου, με το λίθιο να βρίσκεται μόνο στον ηλεκτρολύτη, αλλά όχι στην άνοδο.
«Από όλα τα πιθανά υλικά που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν σε μία άνοδο, το λίθιο έχει τις μεγαλύτερες δυνατότητες. Γι αυτό μερικοί το αποκαλούν “άγιο δισκοπότηρο”. Είναι πολύ ελαφρύ και έχει την μεγαλύτερη ενεργειακή πυκνότητα, παρέχοντας περισσότερη ενέργεια ανά όγκο και βάρος», τόνισε ο Τσούι.
Μέχρι σήμερα είχε αποδειχτεί πρακτικά αδύνατο να χρησιμοποιηθεί το λίθιο στον αρνητικό πόλο και πολλοί είχαν εγκαταλείψει τις προσπάθειές τους. Ο Τσου δήλωσε ότι «θα ήταν θαυμάσιο αν μπορούσαμε να τετραπλασιάσουμε την χωρητικότητα των μπαταριών σε σχέση με τις σημερινές. Θα είχαμε τότε μπαταρίες κινητών τηλεφώνων με διπλάσια ή τριπλάσια διάρκεια ζωής».
Σήμερα, σε μια μπαταρία ιόντων λιθίου η άνοδος (αρνητικός πόλος) αποτελείται συνήθως από γραφίτη ή πυρίτιο. Ένα πρόβλημα που υπάρχει με το λίθιο, είναι ότι μπορεί να υπερθερμανθεί σε επικίνδυνο σημείο, ακόμη και έκρηξης. Ένα άλλο είναι ότι διαστέλλεται υπερβολικά κατά την φόρτιση, δημιουργώντας ρωγμές στην άνοδο της μπαταρίας. Ακόμη, αντιδρά χημικά με τον ηλεκτρολύτη, με συνέπεια την μείωση της διάρκειας ζωής της μπαταρίας.
Όλα αυτά τα τεχνικά προβλήματα λύθηκαν πλέον χάρη στη δημιουργία ενός εύκαμπτου προστατευτικού στρώματος (σαν φίλμ) νανο-άνθρακα γύρω από τον αρνητικό πόλο από λίθιο. Αυτό σταθεροποιεί το λίθιο στην άνοδο και το κάνει πλέον ασφαλές, χωρίς να εμποδίζει τις διαστολές-συστολές του κατά τις φάσεις φόρτισης-αποφόρτισης.
Οι ερευνητές δήλωσαν ότι χρειάζονται λίγες ακόμη τεχνικές βελτιώσεις και νέοι ηλεκτρολύτες, εως ότου προκύψει τελικά μια σταθερή μεταλλική άνοδος λιθίου, που θα οδηγήσει στην επόμενη γενιά επαναφορτιζόμενων μπαταριών.
