Nowy tydzień i nowa bateria. Francuska firma Nawa, producent superkondensatorów, twierdzi, że rozpoczęła wytwarzanie zupełnie nowych nanorurkowych elektrod do baterii Li-ion. Dzięki równoległemu ułożeniu nanorurek mają one pozwalać na przechowanie trzykrotnie większego ładunku niż anody węglowe.
Nowe anody 3D firmy Nawa: mocniej, lepiej, szybciej, silniej
Współczesne anody ogniw Li-ion buduje się przede wszystkim z wykorzystaniem grafitu lub węgla aktywowanego (lub wręcz węgla aktywowanego z grafitu), bo ich porowata struktura pozwala na przechowanie dużej liczby jonów. Niekiedy węgiel domieszkuje się krzemem i otacza nanopowłokami, żeby ograniczyć pęcznienie materiału.
Słychać już też o przymiarkach do wykorzystania czystego krzemu – mówi o tym Tesla czy Samsung SDI.
Nawa twierdzi, że węglowa struktura jest zbyt skomplikowana dla przemieszczających się jonów. Firma zamiast węgla chce wykorzystać węglowe nanorurki, które są już ponoć stosowane w superkondensatorach producenta. Ułożone równolegle nanorurki tworzą pionowe „grzędy”, na których jony mogą się wygodnie rozsiąść. Dosłownie:
Możemy się domyślić, że wszystkie nanorurki w anodzie ułożone są w taki sposób, żeby jony swobodnie między nimi przepływały aż do momentu wyboru dogodnego miejsca. Bez błądzenia w porowatych strukturach klasycznej anody jony będą miały do przebycia zaledwie kilka nanometrów zamiast mikrometrów, jak to ma miejsce w klasycznych elektrodach, twierdzi Nawa.
Z tej ostatniej wypowiedzi wynika, że nanorurki mogłyby pełnić również rolę katod – ich funkcja zależałaby od materiału, który znalazłby się na ich powierzchni. Nawa nie wyklucza zastosowania krzemu, bo węglowe nanorurki zamykałyby go niczym klatka, więc struktura nie miałaby szansy na spęcznienie. Problem kruszenia się rozwiązany!
> Enevate z gotowymi ogniwami Li-ion z krzemową anodą. Ładowanie szybsze niż tankowanie wodoru
A jak byłoby z parametrami ogniw wykorzystujących nanorurki? Otóż miałyby one pozwolić na:
- wykorzystanie mocy ładowania i rozładowywania wynoszących 10 razy tyle, co obecnie,
- stworzenie baterii o gęstościach energii wyższych 2-3 razy od współczesnych,
- wydłużenie czasu życia baterii pięcio-, a nawet dziesięciokrotnie, ponieważ nanorurki nie pozwalałyby na procesy powodujące degradację ogniw Li-ion (źródło).
Sam proces ustawiania nanorurek w szeregu ma być trywialnie prosty, jest to rzekomo ten sam mechanizm, który wykorzystuje się do pokrywania szkieł i ogniw fotowoltaicznych powłoką antyrefleksyjną. Nawa chwali się, że jest w stanie hodować ułożone równolegle nanorurki z szybkością nawet 100 mikrometrów (0,1 mm) na minutę – i wykorzystuje tę technologię w swoich superkondensatorach.
Gdyby zapowiedzi firmy Nawa okazały się prawdziwe, a nowe elektrody zostały skomercjalizowane, oznaczałyby dla nas:
- samochody elektryczne lżejsze niż auta spalinowe, a mimo to z większymi zasięgami,
- możliwość ładowania elektryków mocami 500… 1 000… 2 000 kW, czyli krócej niż trwa tankowanie,
- zwiększenie przebiegów elektryków bez konieczności wymiany baterii z obecnych 300-600 tysięcy do 1,5-3-6 milionów kilometrów,
- przy zachowaniu obecnych rozmiarów baterii: możliwość ładowania, dajmy na to, raz na dwa tygodnie.
Pierwszym partnerem Nawy jest francuski producent baterii Saft, który współpracuje z Grupą PSA i Renault w ramach Europejskiego Aliansu Bateryjnego (European Battery Alliance).
Zdjęcie otwierające: nanorurki w elektrodzie Nawa (c) Nawa