Dlaczego baterie Li-ion się rozładowują, nawet gdy nie są używane? Winowajcą okazał się „nieistotny” składnik

Baterie litowo-jonowe mają to do siebie, że z czasem gubią ładunek. Proces zachodzi różnie w odmiennych wariantach ogniw, ale od dawna frapował badaczy. Pracujące dla Tesli laboratorium Jeffa Dahna na kanadyjskim Dalhousie University, znalazło głównego sprawcę tego problemu. Winna okazała się taśma, którą oklejano rolkę z elektrodami, żeby nie rozwinęły się podczas wkładania do metalowych obudów.

Samoczynne rozładowywanie ogniw Li-ion

Laboratorium Dahna zajmuje się między innymi badaniem i optymalizacją ogniw cylindrycznych stosowanych przez Teslę. Kilka dni temu cytowaliśmy jego słowa, gdy deklarował wzięcie na warsztat ogniw Na-ion oraz chwalił Elona Muska za zrealizowanie zapowiedzi z Battery Day 2020. Teraz dzięki jego ludziom mamy zaskakująco proste wyjaśnienie zagadki znikającej energii.

Tesla stosuje dziś przede wszystkim ogniwa cylindryczne, w kształcie walców. Każde z nich to w rzeczywistości długa taśma składająca się od zewnątrz z dwóch metalowych elektrod, na które naniesiono właściwe elektrody przedzielone elektrolitem zgromadzonym w cienkiej warstwie polimeru. Aby ogniwo mogło działać i nie zajmowało zbyt wiele przestrzeni, tę taśmę zwija się w ciasną rolkę, a następnie zamyka w metalowej cylindrycznej obudowie. Rolka opasywana jest czerwoną polietylenową taśmą, żeby nie rozwinęła się przy pakowaniu do obudowy.

Wnętrze ogniwa stosowanego przez Teslę (c) Aries RC / YouTube

Ta czerwona taśma nie bierze żadnego udziału w przekazywaniu ładunków. A przynajmniej nie powinna. Okazało się jednak, że przy wyższych temperaturach PET rozkłada się do dimetylu tereftalatu (DMT), która to cząsteczka powoduje rozładowanie ogniwa. Zupełnie przypadkiem wciela się w rolę posłańca, przenosi ona elektrony między katodą a anodą, gdzie ulega utlenieniu. Każdy przeniesiony elektron to uwolnienie jednego z jonów litu, czyli stopniowe rozładowanie ogniwa.

Winowajcę procesu samoczynnego rozładowywania się ogniw Li-ion udało się znaleźć obserwując zabarwienie elektrolitu oraz badając jego widmo. W normalnych warunkach powinien być on bezbarwny, jednak przy wyższych temperaturach robił się ciemniejszy i żółty, pomarańczowy, w końcu czerwony. Jeden z kierowników zespołu badawczego przyznał, że nie spodziewał się, że z pozoru niewinny element ogniwa, który w dodatku nie bierze udziału w procesie ładowania/rozładowywania, może okazać się głównym sprawcą znikającej z czasem energii.

Z wypowiedzi pod artykułem najbardziej spodobał nam się komentarz Czytelnika mus: