O echipă de ingineri a dezvoltat un electrolit inovator care se adaptează dinamic în timpul funcționării, o descoperire ce ar putea elimina compromisul frustrant dintre bateriile cu autonomie mare și cele care se încarcă rapid. Această tehnologie deschide calea către vehicule electrice care se alimentează în câteva minute, nu ore.
Cercetătorii de la Universitatea din Maryland au creat acești noi electroliți a căror fereastră de stabilitate electrochimică se extinde inteligent exact atunci când este nevoie – în timpul procesului de încărcare. Lucrarea, publicată în prestigioasa revistă Nature Energy, prezintă o soluție promițătoare pentru viitoarea generație de baterii de mare capacitate.
„Am vrut să abordăm o provocare de lungă durată în tehnologia bateriilor: compromisul dintre încărcarea rapidă și densitatea energetică ridicată”, a explicat Chang-Xin Zhao, autorul principal al studiului, citat de TechXplore.
Problema fundamentală este că, în timpul încărcării rapide, potențialul electrodului poate depăși limitele de siguranță ale electrolitului, declanșând reacții secundare care degradează bateria. „Ne-am întrebat: ce s-ar întâmpla dacă electrolitul ar putea răspunde dinamic la procesul de încărcare și și-ar extinde fereastra de potențial stabil în timp real? Ar putea fi o modalitate promițătoare de a depăși această limitare”, a spus Zhao.
Un nou „electrolit inteligent” permite încărcarea ultra-rapidă
Inspirația pentru această soluție ingenioasă provine dintr-un proces cunoscut sub numele de „efect de sare” (salting-out), un concept din teoria echilibrului de fază. Acesta descrie cum adăugarea de sare într-o soluție poate face ca anumiți compuși să devină mai puțin solubili și să se separe.
„Interesant este că procesul de încărcare într-o baterie generează în mod inerent gradienți de concentrație de sare în electrolit, ceea ce oferă condițiile necesare pentru ca acest efect să se producă”, a explicat Zhao. Echipa a proiectat un sistem de electroliți care folosește acest comportament pentru a-și extinde adaptiv fereastra de stabilitate.
Electroliții autoadaptabili au două caracteristici cheie. Prima este compoziția lor specială, formată din doi solvenți și o sare, alese cu grijă pentru a declanșa efectul de sare exact la momentul potrivit. Când concentrația de sare se modifică în timpul încărcării, are loc o separare de fază localizată, care, la rândul său, lărgește fereastra de stabilitate a bateriei.
A doua caracteristică definitorie este că electroliții sunt formulați să se afle exact la „punctul de tulburare” – pragul critic chiar înainte ca separarea de fază să înceapă. Această calibrare fină face sistemul extrem de sensibil la schimbările din timpul încărcării, permițându-i să răspundă aproape instantaneu și să protejeze bateria.
Testele inițiale sunt remarcabile. Cercetătorii au implementat electroliții atât în baterii apoase cu zinc-metal, cât și în baterii neapoase cu litiu-metal, obținând eficiențe coulombiene excelente și o stabilitate mult îmbunătățită.
„În mod tradițional, dezvoltarea electroliților s-a concentrat pe modificări la nivel molecular. În contrast, munca noastră adoptă o abordare mai macroscopică, valorificând principiile echilibrului de fază. Demonstrăm că este posibil să proiectăm electroliți care se adaptează în timpul funcționării.”, a spus Zhao.
Această nouă perspectivă ar putea inspira o întreagă linie de cercetare menită să depășească provocările actuale din tehnologia bateriilor. Echipa plănuiește să folosească strategia pentru a identifica și alți electroliți promițători și pentru a-i integra în diverse tipuri de baterii.
Următorii pași includ caracterizarea detaliată a proceselor de la interfața electrod-electrolit și, cel mai important, extinderea tehnologiei pentru validarea în celule de tip pungă (pouch cells), în condiții practice de încărcare.
