Zašto se punjive baterije troše brže nego što mislimo?
Punjive baterije su srž naše elektroničke dobi, omogućavajući nam da uživamo u tehnologiji poput prijenosnih računala, tableta i pametnih telefona. Iako su ove baterije ponovno upotrebljive, imaju ograničen životni vijek. Novi istraživački rad otkriva razloge za to.
Kako funkcionišu litij-ionske baterije
Unutar litij-ionske baterije nalaze se dva elektrode koja pohranjuju litij-ione: pozitivno nabačena anoda i negativno nabačena katoda. Elektrolit unutar baterije omogućava ionima da se kreću od anode do katode. Ovaj pokret započinje kemijsku reakciju koja vodi do oslobađanja elektrona koji stvaraju napon.
Neželjeni elementi u baterijama
Međutim, novo istraživanje tima sa Stanford sveučilišta sugerira da se, uz litij-ione, u katodu kreću i neželjeni elementi. Proton vodika i elektroni se također oslobađaju iz molekula u elektrolitu. Ova akumulacija na katodi znači da litij-ioni ne mogu efikasno provoditi električni naboj, što uzrokuje snižavanje kapaciteta baterije s vremenom. Gang Wan, fizičar i kemičar sa Stanforda, izjavio je: “Čak i kada ne koristite bateriju, ona gubi energiju.”
Uloga vodika u smanjenju kapaciteta baterije
Vodika je sitni, prisutni element koji je teško pratiti. Da bi otkrio njegovu ulogu u neaktivnim baterijama, Wan i njegov tim zamijenili su vodik s njegovom većom verzijom, deuterijem. Deuterij sadrži jedan neutron i jedan proton, dok vodik ima samo jedan proton.
Korištenjem analitičkih tehnika poput masene spektrometrije i rendgenskog snimanja, tim je pratio kretanje deuterija unutar baterije. Ova studija pokazala je da je vodik ključni uzrok smanjenja kapaciteta baterije.
Mogućnost poboljšanja baterija
Važno je napomenuti da ovo istraživanje otvara vrata za poboljšanje baterija ciljanjem na neželjene kemijske promjene koje stvaraju vodik. Međutim, također postavlja pitanja za dizajnere baterija. Wanovo istraživanje sugerira da u utrci za snažnijim baterijama, inženjeri možda povećavaju vjerojatnost da katode privuku slobodni vodik, smanjujući tako životni vijek baterija.
Budućnost istraživanja i utjecaj na okoliš
Više istraživanja bit će potrebno kako bi se utvrdilo koliko je ovaj problem univerzalan među različitim vrstama baterija. Ako se više baterija suočava s problemom “curenja” vodika, moglo bi to dovesti do razvoja boljih baterija koje traju duže. Poboljšanje životnog vijeka baterija ne bi samo smanjilo potrebu za zamjenom naših uređaja, već bi i smanjilo negativan utjecaj vađenja materijala potrebnih za izradu baterija na okoliš.
Ovo istraživanje je objavljeno u časopisu Science, a otvara nove mogućnosti za razvoj izdržljivijih i ekološki prihvatljivijih rješenja u tehnologiji baterija.
Zaključak
Kako tehnologija napreduje, važno je razumjeti i izazove s kojima se suočavamo. Kroz istraživanje i inovacije, možemo učiniti naše punjive baterije dugotrajnijima i održivijima, što je ključno za budućnost naše elektronike i zdravlja okoliša.
