Учени постигнаха забележителен научен напредък, който може да доведе до революционни подобрения в работата на батериите. Изследването, проведено от специалисти от университетите в Дънди и Уорик, проправя път към създаването на ново поколение батерии за електронни устройства и превозни средства. Те ще се зареждат значително по-бързо, ще издържат много по-дълго и ще бъдат далеч по-безопасни за ежедневна употреба.

Изненадващата роля на кислорода

За първи път в историята изследователите са успели да идентифицират ключовата роля, която кислородът играе при съхраняването и освобождаването на енергия в батериите.

Досега в научните среди се смяташе, че по време на процеса на зареждане почти цялата активност се развива в металните елементи вътре в батерията – като никел, кобалт или желязо. До този момент се приемаше, че намиращият се в батерията кислород е напълно „пасивен“ и просто поддържа структурата без да участва в енергийния обмен.

Новите открития обаче напълно опровергават това старо разбиране. Чрез използването на съвременни компютърни модели и реални лабораторни експерименти, екипът е доказал, че кислородът всъщност има изключително активна роля както при зареждането, така и при разреждането на батерията.

Защо това откритие е важно за нашето ежедневие?

Д-р Хришит Банерджи, теоретичен физик във Факултета по наука, инженерство и бизнес към Университета в Дънди, обяснява значението на този пробив:

„Хората по целия свят стават все по-зависими от технологиите за възобновяема енергия и от модерните системи за съхранение на енергия. Това важи за всичко – от мобилните телефони в джобовете ни до автомобилите, които караме. Точно затова разбирането на процесите, които движат електрониката вътре в самите материали на батериите, става все по-важно. Това изследване е от решаващо значение, защото ни дава изцяло ново разбиране за това как работят батериите на най-дълбоко, фундаментално ниво.“

Какво показа сравнението между различните видове батерии?

В рамките на своето проучване учените са направили детайлно сравнение между два от основните видове катоди (положителни електроди), които се използват масово в днешните литиево-йонни батерии: фосфатите и така наречените слоести оксиди. Тези два модела батерии захранват огромна част от съвременния свят, включително електрическите превозни средства и преносимата електроника, като лаптопи и смартфони.

Резултатите показват ясна разлика в тяхното поведение:

При фосфатните батерии се наблюдава съвсем малко или почти никакво участие на кислорода в процеса. При батериите със слоести оксиди обаче се открива изключително голямо и значимо извличане на електрони директно от кислорода. Поглед към бъдещето

Д-р Банерджи подчертава, че по-доброто познаване на процесите, случващи се на толкова микроскопично, атомно ниво, ще позволи на инженерите да направят огромни стъпки напред в подобряването на батериите в реалния свят.

Досегашните технологии бяха силно ограничени, тъй като учените не разбираха напълно точните физични закони зад това как и защо батериите се износват и губят капацитета си с течение на времето. Благодарение на тази нова научна рамка вече ще бъде възможно да се проектират батерии с много по-дълъг живот, което ще промени изцяло пазара на технологии и електромобили.