Një tip i ri i baterive që mund të karikojnë 10 herë më shpejt sesa bateritë me jone litiumi.

Për më tepër, është më e sigurt për sa i përket rreziqeve të mundshme nga zjarri dhe ka një ndikim më të ulët në mjedis.

Është e vështirë të imagjinohet jeta jonë e përditshme pa bateritë me jone litiumi. Ato dominojnë tregun e baterive me format të vogël për pajisjet elektronike portative, dhe përdoren gjithashtu në automjetet elektrike. Në të njëjtën kohë, bateritë me jone litiumi sjellin një numër çështjesh serioze, duke përfshirë: një rrezik të mundshëm zjarri dhe humbje të performancës në temperaturat e ftohta; si dhe një ndikim të konsiderueshëm mjedisor të asgjësimit të baterisë së harxhuar.

Sipas udhëheqësit të ekipit të studiuesve, Profesor në Departamentin e Elektrokimisë në Universitetin e Shën Petersburg Oleg Levin, kimistët kanë eksploruar polimere me përmbajtje grupesh nitroksil aktive, si materiale për ruajtjen e energjisë elektrokimike. Këto polimere karakterizohen nga një dendësi e lartë e energjisë dhe shpejtësia e karikimit dhe shkarkimit të shpejtë për shkak të kinetikës së shpejtë të reaksioneve redoks. Një sfidë drejt zbatimit të një teknologjie të tillë është përçueshmëria e pamjaftueshme elektrike. Kjo e pengon mbledhjen e ngarkesës edhe me aditivë shumë përçues, siç është karboni.

Duke kërkuar zgjidhje për të kapërcyer këtë problem, studiuesit nga Universiteti i Shën Petersburgut sintetizuan një polimer të bazuar në kompleksin e nikelit (NiSalen). Molekulat e këtij metalo-polimeri veprojnë si një tel molekular në të cilin janë të bashkangjitura grupet nitroksil me intensitet të lartë të energjisë. Arkitektura molekulare e materialit mundëson që performanca e kapacitetit të lartë të arrihet në një gamë të gjerë temperature.

“Ne u prezantuam me konceptin e këtij materiali në vitin 2016. Në atë kohë, ne filluam të zhvillonim një projekt themelor “Materialet e elektrodave për bateritë me jone litiumi bazuar në polimere organometalike”. Ajo u mbështet financiarisht nga Fondacioni Rus i Shkencës. Kur studionim mekanizmin e transportit të ngarkesës në këtë klasë përbërësish, zbuluam se ekzistojnë dy drejtime kryesore të zhvillimit. Së pari, këto përbërje mund të përdoren si një shtresë mbrojtëse për të mbuluar kabllon përcjellëse kryesore të baterisë, e cila përndryshe do të bëhej nga materiale tradicionale të baterisë me jone litiumi. Dhe së dyti, ato mund të përdoren si një përbërës aktiv i materialeve elektrokimike të ruajtjes së energjisë,”- shpjegon Oleg Levin.

Zhvillimi i polimerit zgjati mbi tre vjet. Në vitin e parë, shkencëtarët testuan konceptin e materialit të ri: ata kombinuan komponentë individualë për të simuluar grupet nitroksil aktive. Ishte thelbësore të sigurohej që të gjitha pjesët e strukturës të punonin së bashku dhe të përforconin njëra-tjetrën. Faza tjetër ishte sinteza kimike e përbërjes. Ishte pjesa më sfiduese e projektit. Kjo sepse disa nga përbërësit janë jashtëzakonisht të ndjeshëm dhe madje edhe gabimi më i vogël i një shkencëtari mund të shkaktojë degradimin e mostrave.

Nga disa polimerë ekzemplarë të marrë, vetëm njëri u gjet të ishte mjaftueshëm i qëndrueshëm dhe efikas. Zinxhiri kryesor i përbërjes së re formohet nga komplekset e nikelit me ligandë të salenit. Një radikal i lirë i qëndrueshëm, i aftë për oksidim dhe reduktim të shpejtë (ngarkesë dhe shkarkim), është lidhur me zinxhirin kryesor përmes lidhjeve kovalente.

“Një bateri e prodhuar duke përdorur polimerin tonë do të karikohet në sekonda; rreth dhjetë herë më shpejt se një bateri tradicionale me jone litiumi. Kjo tashmë është demonstruar përmes një serie eksperimentesh. Sidoqoftë, në këtë fazë, ajo është ende mbrapa për sa i përket kapacitetit; 30 deri në 40% më e ulët se në bateritë me jone litiumi. Aktualisht jemi duke punuar për të përmirësuar këtë tregues duke ruajtur shkallën e shkarkimit të ngarkesës,”- thotë Oleg Levin.

Katoda për baterinë e re është fabrikuar; një elektrodë pozitive për përdorim në burimet e rrymës kimike. Tani na duhet elektroda negative; anoda. Në fakt, nuk ka pse të krijohet nga e para; mund të zgjidhet nga ato ekzistuese. Të çiftuar së bashku ata do të formojnë një sistem që, në disa zona, së shpejti mund të zëvendësojë bateritë me jone litiumi.

Bateria e re është e aftë të funksionojë në temperatura të ulëta dhe do të jetë një mundësi e shkëlqyeshme ku ngarkimi i shpejtë është thelbësor. Është i sigurt për t’u përdorur; nuk ka asgjë që mund të paraqesë rrezik djegieje, ndryshe nga bateritë me bazë kobalt që janë përhapur sot. Ai gjithashtu përmban dukshëm më pak metale që mund të shkaktojnë ndotje në mjedis. Nikeli është i pranishëm në polimerin tonë në një sasi të vogël, por ka shumë më pak sesa në bateritë tradicionale,”- thotë Oleg Levin.