Cercetătorii revitalizează bateriile prin readucerea la viață a litiului „mort”.

Bateriile litiu-ion și chiar mai noi bateriile litiu-polimer au o viață limitată și își pierd treptat capacitatea de a menține încărcarea. Prin urmare, reciclarea lor este importantă pe termen lung în gestionarea deșeurilor și în creșterea rezervelor de materiale critice.

Acum, cercetătorii de la Laboratorul național de accelerație SLAC al Departamentului de Energie și de la Universitatea Stanford ar fi putut găsi o modalitate de a revitaliza bateriile cu litiu reîncărcabile, potențial mărind gama de vehicule electrice și durata de viață a bateriei în dispozitivele electronice de ultimă generație.

Pe măsură ce bateriile cu litiu ciclează, ele colectează mici insule de litiu inactiv care sunt tăiate de electrozi, scăzând capacitatea bateriei de a stoca încărcare. Dar echipa de cercetare a descoperit că ar putea face ca acest litiu „mort” să se strecoare practic ca un vierme spre unul dintre electrozi până când se reconecta, inversând parțial procesul nedorit.

Când o insulă de litiu metal inactivat călătorește către anodul bateriei sau electrodul negativ și se reconecta, aceasta revine la viață, contribuind cu electroni la fluxul de curent al bateriei și cu ioni de litiu pentru stocarea încărcăturii până când este nevoie. Insula se mișcă adăugând litiu metalic la un capăt și dizolvând-o la celălalt capăt. Cercetătorii au descoperit că ar putea conduce creșterea insulei în direcția anodului, adăugând o scurtă etapă de descărcare de curent ridicat imediat după încărcarea bateriei. Ei au descoperit că reconectarea insulei la anod a încetinit degradarea bateriei lor de testare și a crescut durata de viață a acesteia cu aproape 30%.

Ideea studiului a luat naștere când Yi Cui, profesor la Stanford și SLAC, care a condus cercetarea, a speculat că aplicarea unei tensiuni la catodul și anodul unei baterii ar putea face ca o insulă izolată de litiu să se miște fizic între electrozi. Echipa sa a confirmat acum procesul prin experimentele lor.

Echipa a fabricat o celulă optică cu un catod de litiu-nichel-mangan-cobalt-oxid (NMC), un anod de litiu și o insulă izolată de litiu între ele. Acest dispozitiv de testare le-a permis să urmărească în timp real ceea ce se întâmplă în interiorul unei baterii atunci când este utilizată.

Ei au descoperit că insula izolată de litiu nu era cu adevărat „moartă” și a răspuns la operațiunile bateriei. La încărcarea celulei, insula sa deplasat încet spre catod; la descărcare, s-a strecurat în direcția opusă.

Cercetătorii au validat rezultatele cu alte baterii de testare și prin simulări pe computer. Ei au demonstrat, de asemenea, modul în care litiul izolat ar putea fi recuperat într-o baterie reală prin modificarea protocolului de încărcare.

„Am descoperit că putem muta litiul detașat către anod în timpul descărcării, iar aceste mișcări sunt mai rapide în condiții de curenți mai mari”, a spus colegul postdoctoral la Stanford, Fang Liu, autorul principal al studiului. „Așa că am adăugat un pas de descărcare rapid, cu curent ridicat imediat după încărcarea bateriei, care a mutat litiuul izolat suficient de departe pentru a-l reconecta la anodul. Acest lucru reactivează litiul, astfel încât să poată participa la durata de viață a bateriei.”