Tianjino universiteto ir „South China University of Technology“ mokslininkai sukūrė naują, lanksčią organinę bateriją. Šis proveržis, pristatytas žurnale „Nature“, gali ženkliai pakeisti dėvimų įrenginių rinką.
Mokslininkų komanda, kuriai vadovavo profesorius Xu Yunhua, naująją technologiją sukūrė naudodama polimerą, vadinamą poli(benzofurandionu), sutrumpintai – PBFDO. Šis laidus organinis polimeras yra pagrindinė visos inovacijos dalis.
Tradiciškai organinėmis medžiagomis pagrįstos baterijos, ypač jų katodai, pasižymi prasta elektros laidumo savybe. Dažnai molekulės tirpsta elektrolite, todėl smarkiai sumažėja bendras energijos tankis.
Naujasis PBFDO polimeras išsiskiria tuo, kad yra vadinamojo n tipo laidumo. Paprasčiau tariant, jis natūraliai laidus elektronams.
Dėl to baterija tampa struktūriškai stabilesnė ir geriau perneša jonus, pavyzdžiui, ličio. Komanda paaiškina, kad būtent tai suteikia naujajai baterijai didelę talpą vienam svorio vienetui – derinį, kurio ilgą laiką trūko organinėms baterijoms.
Organinių baterijų proveržis
Mokslininkų teigimu, naujosios baterijos energijos tankis siekia maždaug 250 Wh/kg. Palyginimui, daugumos ličio geležies fosfato (LFP) baterijų energijos tankis yra maždaug nuo 160 iki 200 Wh/kg.
Daugelio didesnių komercinių elektromobilių baterijų elementų energijos tankis paprastai svyruoja apie 240–300 Wh/kg. Taigi, jei deklaruojami rodikliai atitinka realybę, ši technologija jau patektų į rimtą komercinį lygį.
Be to, naujoji baterija pasižymi ypač plačiu darbo temperatūrų diapazonu: nuo –70 °C iki 80 °C. Palyginimui, dauguma ličio baterijų pradeda prarasti našumą nukritus žemiau –20 °C ir gali greitai degraduoti esant aukštesnei kaip 50 °C temperatūrai.
Jei toks temperatūrinis atsparumas pasitvirtintų ir būtų išlaikomas per daugelį įkrovimo ciklų, tai galėtų būti tikras lūžis. Tokia baterija būtų įdomi daugeliui sričių – nuo aerokosmoso ar Arkties sąlygų iki karštų, dykumų regionų, kur naudojami dėvimi įrenginiai.
Kitas itin svarbus aspektas – šios technologijos mechaninis lankstumas. Tyrėjai išbandė baterijos atsparumą lenkimui, suspaudimui ir net pradūrimui. Nustatyta, kad ji atlaikė visus bandymus nesprogdama ir neužsidegdama.
Pažįstantieji tradicines ličio baterijas ir jų pažeidimo rizikas iškart supras tokio rezultato privalumus. Kadangi naujoji baterija neišskiria deguonies, ženkliai sumažėja vadinamosios nekontroliuojamos degimo reakcijos (thermal runaway) tikimybė.
Saugesnės ir darnesnės baterijos
Pasak profesoriaus Yunhua, ši technologija leidžia įveikti tradicinius baterijų technologijų apribojimus, susijusius su ištekliais ir poveikiu aplinkai. Ji ne tik pasiekia komercinių baterijų energijos tankį, bet ir užtikrina gerokai didesnį saugumą bei žymiai platesnį darbinės temperatūros intervalą.
Vis dėlto kol kas lieka kelios neatsakytos klausimų grupės, kurias būtina išspręsti iki technologijos pritaikymo masinei gamybai. Viena svarbiausių – ar ši baterija gali pasiūlyti konkurencingą įkrovimo–iškrovimo ciklų skaičių, t. y. pakankamą ilgaamžiškumą.
Taip pat dar neaišku, kaip ši technologija veiktų už laboratorijos ribų ir kiek sudėtinga (o kartu ir brangu) būtų ją gaminti pramoniniu mastu. Vis dėlto, jei gamybos mastelius pavyktų padidinti, tai galėtų atverti kelią daug saugesnėms ličio jonų baterijoms ir tapti puikiu energijos šaltiniu lanksčioms, prie kūno pritaikomoms dėvimoms technologijoms.
Kita svarbi potenciali nauda – mažesnė priklausomybė nuo sunkiųjų metalų, tokių kaip kobaltas ir nikelis. Tai reikštų ne tik mažesnį poveikį aplinkai, bet ir mažiau rizikingas tiekimo grandines bei didesnį technologijų tvarumą ilguoju laikotarpiu.
