Powlekanie atomowe zrewolucjonizuje akumulatory półprzewodnikowe

W świecie nowoczesnych technologii, gdzie postęp w produkcji pojazdów elektrycznych i przenośnych urządzeń elektronicznych nie zwalnia, naukowcy nieustannie poszukują sposobów na zoptymalizowanie baterii. Jednym z najnowszych przełomów jest zastosowanie techniki powlekania, dobrze znanej z produkcji chipów komputerowych, która dąży do poprawy wydajności i trwałości baterii półprzewodnikowych.

Grupa naukowców z laboratorium badawczego Argonne National Laboratory w Stanach Zjednoczonych, które należy do Departamentu Energii (DOE), użyła specjalnej techniki, nazywanej osadzaniem warstw atomowych (ALD), do tworzenia powłok na proszkowych formach stałych elektrolitów zawierających siarkę. Wyniki ich badań, opublikowane w czasopiśmie Advanced Materials, wskazują na potencjalne korzyści, jakie ta metoda może przynieść dla przyszłości akumulatorów.

Akumulatory półprzewodnikowe, w przeciwieństwie do tradycyjnych akumulatorów litowo-jonowych, oferują zwiększone bezpieczeństwo i zdolność do przechowywania większej ilości energii na jednostkę objętości. Są one również bardziej przyjazne dla środowiska, co czyni je atrakcyjnymi dla zastosowań w pojazdach elektrycznych. Jednakże, argyrodyty, będące klasą elektrolitów półprzewodnikowych, prezentują wyzwania produkcyjne, takie jak wysoka reaktywność z powietrzem i problematyczna interakcja z materiałami elektrod, co może prowadzić do tworzenia dendrytów (igiełkowych struktur litu, które mogą prowadzić do uszkodzenia i obniżenia wydajności baterii).

Technika ALD, zastosowana przez zespół Argonne, pozwala na precyzyjne projektowanie chemicznego składu powierzchni argyrodytu, co jest kluczowe dla optymalizacji wydajności baterii. Proces ten polega na tworzeniu cienkiej warstwy tlenku glinu na powierzchni proszku elektrolitu, co nie tylko chroni go przed reakcją z powietrzem, ale także poprawia przewodność jonową – zaskakujący efekt, biorąc pod uwagę izolacyjne właściwości tlenku glinu.

Badania przeprowadzone w Argonne’s Advanced Photon Source i Center for Nanoscale Materials potwierdziły, że powłoka nie zakłóca struktury chemicznej argyrodytu i doskonale dopasowuje się do konturów cząstek elektrolitu, co jest niezbędne dla dobrej wydajności baterii. Ponadto, powłoka znacząco zmniejszyła reaktywność elektrolitu z anodą litową i spowolniła wyciek elektronów, co ma kluczowe znaczenie w zapobieganiu tworzeniu dendrytów.

Odkrycia te otwierają nowe możliwości w dziedzinie baterii półprzewodnikowych, sugerując, że technika ALD może być zastosowana do różnych elektrolitów i powłok, co może doprowadzić do rozwoju nowych technologii akumulatorów. Sukces ten jest wynikiem współpracy międzynarodowego zespołu naukowców, w tym Anila Mane, Aditya Sundar, Sanji Tepavcevic, Udochukwu Eze, Shiby Adhikari, Eungje Lee i George’a Sterbinsky. Naukowcy ci są związani z Argonne National Laboratory, które jest multidyscyplinarnym centrum naukowo-badawczym prowadzonym przez University of Chicago dla Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych (DOE).

W kontekście globalnego dążenia do zrównoważonego rozwoju i ekologicznych rozwiązań energetycznych, takie innowacje w technologii baterii mogą znacząco przyczynić się do zwiększenia efektywności i bezpieczeństwa przyszłych generacji pojazdów elektrycznych i urządzeń elektronicznych. Dzięki powlekaniu atomowemu akumulatory w przyszłości mogą stać się bardziej wydajne.

Szymon Ślubowski