Elektrolit naukowców PW znacznie wydłuża żywotność baterii

Zespół naukowców z Wydziału Chemicznego Politechniki Warszawskiej opracował nowy elektrolit, który znacznie wydłuża żywotność baterii litowo-jonowych i znalazł już zastosowanie w smartfonach oraz samochodach elektrycznych.

Badania nad nowymi generacjami baterii trwają. Istnieją jednak ograniczenia, które utrudniają ich rozwój czy możliwości zastosowania, m.in. temperaturowe, technologie szybkiego ładowania baterii czy pozyskiwanie surowców do produkcji. W rozwój przemysłu bateryjnego zaangażowana jest Politechnika Warszawska.

W poszukiwaniu nowych materiałów i technologii

– Na Wydziale Chemicznym PW poszukujemy nowych materiałów i technologii do produkcji baterii. Mamy w tym zakresie duże sukcesy – mówi dr hab. inż. Leszek Niedzicki, prof. PW.

Zespół Konwersji i Akumulacji Energii pracuje nad różnymi komponentami ogniw. Jego specjalnością jest składnik baterii, którym nasącza się pozostałe, czyli elektrolit. Ponieważ jako jedyny ma kontakt ze wszystkimi innymi komponentami, ma też bardzo duże wymagania co do odporności – chemicznej, termicznej i elektrochemicznej (napięciowej). Musi również dobrze przewodzić prąd i nie tworzyć zaburzeń na styku z pozostałymi komponentami baterii.

Rozwiązanie na skalę europejską

– Jako pierwsi w Europie opracowaliśmy nowy elektrolit, w dodatku z użyciem mniej toksycznego materiału. Przy użyciu tego materiału ogniwo wolniej się starzeje i jest dużo bardziej odporne na czynniki zewnętrzne. To drugi w historii baterii taki związek. W stosunku do stosowanego przez ostatnie 30 lat posiada podobne parametry elektryczne, ale dużo lepszą odporność temperaturową i chemiczną – podkreśla dr hab. inż. Leszek Niedzicki, prof. PW.

Związek ten zwany solą LiTDI jest produkowany na licencji Politechniki Warszawskiej przez francuski koncern chemiczny Arkema. Znalazł już zastosowanie w smartfonach oraz w najnowszych samochodach elektrycznych.

Użycie nowej soli nawet trzykrotnie zwiększa żywotność baterii, co oznacza, że w czasie życia samochodu najprawdopodobniej nie będzie musiała być wymieniana. Jest to istotne ze względu na wysoki udział ceny baterii w samochodzie elektrycznym.

Nowy elektrolit umożliwia także działanie w dużo wyższych temperaturach bez szkód dla baterii – bez problemu może ona funkcjonować do 90°C. Znikają dzięki temu ograniczenia dla urządzeń i zmniejsza się wymóg stosowania chłodzenia w bateriach np. samochodów elektrycznych. Zmniejsza to zużycie energii na utrzymywanie temperatury i tym samym zwiększa zasięg samochodu, zwłaszcza w gorące dni.

Użycie odpornego chemicznie związku opracowanego przez PW pozwala też zmniejszyć wymagania produkcyjne dla fabryk baterii, a to oznacza niższe koszty produkcji i budowy nowych fabryk.

W drodze po tańsze i bezpieczniejsze baterie

Nasi naukowcy pracują także nad pozostałymi komponentami baterii i nad nowymi generacjami baterii, zwłaszcza ze stałym elektrolitem do samochodów elektrycznych. Takie ogniwa nie mogą się zapalić, co zmniejszy ryzyko obecnie występujące w razie poważnego wypadku e-auta. – Z naszego regionu Unii Europejskiej jesteśmy jedynym zespołem w unijnym projekcie ASTRABAT – mówi dr hab. inż. Leszek Niedzicki, prof. PW. W skład tego zespołu wchodzą także inni pracownicy Wydziału Chemicznego: dr inż. Marta Kasprzyk, mgr inż. Joanna Tańska i mgr Magda Bedecka.

Badania zespołu dotyczą również nowej generacji elektrolitów, które byłyby pozbawione fluoru – bardzo toksycznego w razie pożaru, a obecnego jak na razie w każdej baterii. – Nasz wynalazek działa – nikomu dotąd się to jeszcze nie udało. Jesteśmy pierwsi, którym się to udało w skali laboratoryjnej. Dotąd uważano, że elektrolit bez fluoru nie jest możliwy – zaznacza dr hab. inż. Leszek Niedzicki, prof. PW. – Pracuję nad tym z moimi doktorantami, m.in. mgr inż. Klaudią Rogalą i mgr. inż. Markiem Broszkiewiczem – dodaje.

W ramach konsorcjum DESTINY realizującego projekt Unii Europejskiej w programie Horyzont 2020 naukowcy spróbują przenieść osiągnięcie na większą skalę i stworzyć działające prototypy fabrycznych baterii. Nie posiadałyby one w swoim składzie fluoru, a także innych toksycznych lub trudno dostępnych pierwiastków. Oprócz większego bezpieczeństwa dla ludzi i środowiska, a także niższych kosztów wytwarzania, byłyby one także łatwiejsze w recyklingu – w duchu zrównoważonego rozwoju.

Prof. Niedzicki pracuje nad tym z doktorantką z Boliwii prowadzącą badania na Wydziale Chemicznym – mgr inż. Claudią Limachi Nina. Kierownikiem projektu DESTINY jest Dziekan Wydziału Chemicznego prof. Władysław Wieczorek, a instytucją partnerską – CIC Energigune w Kraju Basków w Hiszpanii. Celem są tańsze i bezpieczniejsze dla użytkownika i środowiska baterie do samochodów, energetyki i urządzeń mobilnych.