Proces starzenia się baterii - najnowsze badania polskich naukowców

Stworzenie nieśmiertelnej baterii nie jest jeszcze możliwe, ale naukowcy próbują ją zaprojektować tak, by starzała się wolniej. Prof. Krzysztof Fic z Politechniki Poznańskiej realizuje grant ERC Proof of Concept na projekt związany ze starzeniem się baterii wykorzystywanych w elektronice osobistej.

Starzenie się baterii – najnowsze badania naukowców z Politechniki Poznańskiej

.Proces starzenia się baterii (naukowcy wolą używać określenia – ogniwo) nadal nie został w pełni poznany. Badacze chcą wiedzieć, czy da się stworzyć baterię „nieśmiertelną” – taką, która się nie zużywa. Na razie wykonali krok do przodu dzięki metodom „operando”, które pozwoliły uważnie przyglądać się procesowi zużycia podczas pracy baterii w czasie rzeczywistym. Najbardziej widocznym efektem tych badań jest skok jakościowy wydajności i funkcjonalności telefonów komórkowych w ostatnich latch.

Prof. Krzysztof Fic z Politechniki Poznańskiej interesuje się procesem starzenia się baterii od wielu lat. Zrealizował już jeden grant Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych (ERC), który pozwolił mu lepiej poznać proces starzenia elektrod. Teraz realizuje drugi grant ERC Proof of Concept, by skomercjalizować wyniki badań.

„Dzięki pierwszemu grantowi ERC (realizowanemu w latach 2017-2023) dowiedzieliśmy się, co się dzieje z elektrolitem i elektrodą urządzenia, dlaczego ulegają one konkretnym przemianom. Wiemy też, jak bardzo sposób użytkowania wpływa na szybkość procesu starzenia. Wraz z zespołem zaproponowaliśmy skierowanie reakcji chemicznej na inny tor, co umożliwiło opracowanie innej technologii magazynowania energii. Zawsze podkreślam, że to badania podstawowe doprowadziły mnie do opracowania pomysłu, który wzbudził zainteresowanie biznesu” – powiedział w rozmowie z PAP prof. Krzysztof Fic.

Proces starzenia baterii porównano do procesu starzenia ludzkiej skóry

.”Chcielibyśmy stworzyć baterię 'nieśmiertelną’, ale na razie wiemy tylko tyle, że z bateriami jest jak z ludzką skórą: muszą się starzeć. Dzięki badaniom podstawowym wiemy jednak, że można je tak zaprojektować, żeby się starzały wolniej” – mówi Fic.

W ramach nowego grantu naukowcy będą sprawdzali, czy bateria z ulepszonym procesem magazynowania energii może być atrakcyjna komercyjnie.

Sięgną też po inne materiały bazowe niż najbardziej rozpowszechniony, litowo-jonowy.

„Ilość dostępnych materiałów jest duża. Może to być sód, potas – na ich bazie rozwijają się bardzo ciekawe technologie na rynkach azjatyckich i amerykańskich. W grę wchodzą też wielowartościowe metale, na przykład cynk. Ogniwa cynkowe czy cynkowo-powietrzne to materiały, których historia jest doskonale znana. Może przyszedł czas na ich nową odsłonę” – prognozuje Fic.

Jak jednocześnie zastrzega, „nie jest tak, że po 18 miesiącach trwania projektu będziemy mieli gotowy do sprzedaży produkt, który zrewolucjonizuje rynek. W ciągu tych 18 miesięcy zweryfikujemy badania podstawowe. Ten grant jest stworzony z myślą o współpracy z biznesem”.

Naukowiec podkreśla, że wyniki jego badań mają również strategiczny charakter. Rynek elektroniczny zdominowany jest przez jeden rodzaj baterii – litowo jonowych, co stawia że gospodarka Unii Europejskiej jest uzależniona od mocarstw takich jak Chiny.

Lit jest przyszłością

.”Komponenty baterii dla wielu państw są elementem krytycznym. Możemy sobie wyobrazić, co by się stało, gdyby jutro Chiny wstrzymały eksport komponentów do baterii. Mielibyśmy poważny kryzys ekonomiczny, bo w tej chwili nie ma gotowej technologii, która mogłaby zastąpić ogniwa litowo-jonowe” – akcentuje Fic.

„W Europie już wiemy, że lit nie jest naszą przyszłością, dlatego że ten surowiec nie występuje na jej terenie. Do tego dochodzą kwestie ochrony środowiska, jeśli chodzi o nadmierną eksploatację w związku z ogromnym zapotrzebowaniem tylko na jeden surowiec. Wraz z zespołem proponujemy rozwiązania, które może jeszcze nie uniezależniają ud litu, ale pokazują, że można wykorzystać inne, znane w nauce procesy magazynowania energii w inny sposób, właśnie po to, żeby ukrócić dominację litu” – dodaje.

Praca nad odkrywaniem nieśmiertelności baterii ma też znaczenie m. in. z punktu widzenia rozwoju technologii kosmicznych i wojskowych. „W bateriach, które są wykorzystywane na potrzeby wojska czy podróży kosmicznych, chcemy mieć pewność, że dzięki baterii nawet przez kilka lat utrzymamy łączność. Bo jeśli zaplanujemy misję na 5 lat, a po 2 latach okaże się, że ta bateria się zużyła, to bateria stanie się głównym hamulcowym rozwoju misji kosmicznych i eksplorowania kosmosu” – tłumaczy Fic.

Jak badania naukowe zmieniają nasz świat

.Profesor nauk technicznych, wiceprzewodniczący Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych (ERC), Andrzej JAJSZCZYK, na łamach „Wszystko co Najważniejsze” twierdzi, że: „Trudno jest przecenić rolę badań naukowych w tym, co osiągnęła nasza cywilizacja. Wyniki pracy naukowców spowodowały, że żyjemy dziś znacznie dłużej niż jeszcze sto lat temu, głód stał się udziałem wyłącznie osób mieszkających w krajach upadłych i nękanych wojnami, podróże po całym świecie są już dostępne prawie dla każdego, przynajmniej w krajach bogatszych, a tania łączność zmieniła życie miliardów ludzi, nawet w najbiedniejszych zakątkach naszego globu.

Dzięki badaniom naukowym nie tylko wiemy, jak żyli nasi przodkowie tysiące lat temu, ale także, jak funkcjonują rynki i co wpływa na nasze zbiorowe działania. Nauka służy także zaspokajaniu naszej zwykłej, ludzkiej ciekawości, przy okazji pozwalając odkrywać rzeczy, które dają szanse na zmianę naszego życia na lepsze. Co prawda nie zawsze chcemy czy umiemy skorzystać z tego, co nam podpowiada nauka, ale w krajach, które to potrafią, żyje się na ogół znacznie lepiej niż tam, gdzie badania naukowe się lekceważy”.

„Niestety, coś, co wielu nazywa postępem, ma też swoje ciemne strony. I jakkolwiek wyniki badań naukowych bywają używane także w złej wierze bądź ich niewłaściwe czy po prostu nierozumne zastosowanie prowadzi do opłakanych skutków, to nikt przy zdrowych zmysłach nie kwestionuje konieczności dalszego prowadzenia badań, chociażby po to, by walczyć ze wspomnianymi skutkami” – pisze prof. Andrzej JAJSZCZYK w tekście „Badania naukowe zmieniają nasz świat„.