Naukowcy Toyoty odwracają degradację baterii Li-ion. Wstrzykują chemikalia, by zyskać kolejne dziesiątki/setki cykli pracy

Naukowcy z centrum badawczo-rozwojowego Toyoty dokonali ciekawego odkrycia, które opisali na łamach portalu Joule. Znaleźli substancje chemiczne, które wstrzyknięte do zużytego ogniwa Li-ion – bez jego rozbierania – potrafią przywrócić mu pojemność i pozwolić na jej utrzymanie nawet po 100 cyklach pracy. Metoda ma się sprawdzać na „małych i dużych bateriach, również tych stosowanych w branży motoryzacyjnej”, ale bardzo dużo zależy od chemii ogniw, ich historii oraz zastosowanych elektrolitów.

Chemiczny eliksir odwracający starzenie ogniw Li-ion

Opracowana przez badaczy grupa substancji ma działać tylko w wypadku ogniw, które straciły pojemność w wyniku utraty jonów litu. Jony litu nie wyparowują z baterii ani w żaden sposób z niej nie uciekają, mogą natomiast blokować się w strukturach przestrzennych elektrod, być chwytane przez pływające wyspy lub też więzione przez przez warstwę pasywną na anodzie. Najwięcej jest ich w warstwie pasywnej, nie licząc oczywiście jonów aktywnych, które wędrują między elektrodami podczas ładowania/rozładowywania.

Stworzona przez naukowców substancja nie działa jak rozpuszczalnik na warstwę pasywną, lecz doładowuje zawartość ogniwa dodatkowymi (nadmiarowymi) jonami litu. Z opisu wynika, że jest to zbiór specyficznych węglowodorów aromatycznych (arenów) ze związanymi atomami litu opracowany na bazie naftalenidu litu. Eksperymentów dokonywano na spreparowanych ogniwach z niedoborem pojemności, które miały udawać stare, zużyte ogniwa, oraz normalnych ogniwach. Wykorzystywały one katody nikiel-kobalt-mangan (NCM) i anody wykonane z grafitu – to współcześnie standard.

Regeneracja zużytych ogniw przez wstrzykiwanie jonów litu. Naukowcy nie definiują dokładnego poziomu naładowania, jaki rozumieją przez słowo „zużyty”. Z rysunku (różowy/fiolet) wynika, że jest to około 50-60 procent pojemności fabrycznej (c)

Badacze ostrzegają, że ich metoda nie działa przy ogniwach Li-ion, w których doszło do fizycznego uszkodzenia (patrz: litowe dendryty) lub degradacja została spowodowana w inny sposób. Dlatego przed procesem odmładzania musi być znana historia baterii albo konieczne jest przeprowadzenie diagnostyki (źródło). Określony musi być również skład elektrolitu, przynajmniej w jego bazie, ponieważ nie wszystkie związki chemiczne będą ze sobą współpracować. Kiedy proces się powiedzie, możliwe jest przywrócenie pojemności ogniwa i utrzymanie przywróconej pojemności w taki sposób, by po 100 cyklach ogniwo nadal miało 80-90+ procent pojemności.

Z drugiej strony: 100 cykli to już nie pierwotne 800-1 000, ale rezultaty są bardzo obiecujące:

Krzywe napięcia podczas pracy przed (linie szare, przerywane) i po wstrzyknięciu dodatkowych jonów litu oraz odpoczynku (linie ciągłe; źródło)

Krzywe ładowania i rozładowania po wstrzyknięciu do różnych ogniw różnych zestawów substancji. Kolorem czerwonym oznaczono pojemność po 100 cyklach pracy, jak widać niektóre grupy dają wybitnie obiecujące wyniki

Nota od redakcji Elektrowozu: to dopiero obiecujące badania naukowe, nie komercyjny produkt. Na ewentualne wdrożenia poczekamy co najmniej kilka lat. Tym niemniej mówi się, że metoda została opatentowana i już wzbudziła zainteresowanie w branży.