Od jakiegoś czasu eksperci zajmujący się energią skupieni są na problemie pozyskiwania w przyszłości czystej energii, na którą zapotrzebowanie będzie duże, jeśli mamy zamiar zrezygnować z paliw kopalnych i ograniczyć emisję CO2 do atmosfery. Przykład konsekwencji takiej zmiany stanowią samochody napędzane energią elektryczną, które być może zastąpią samochody napędzane benzyną. By stało się to możliwe, potrzebujemy jednak znacznie lepszych i tanich w produkcji baterii .
Rys. 1 Bateria litowa stosowana w laptopach
W tym celu naukowcy ciągle poszukują nowych materiałów, które pozwolą na skonstruowanie akumulatorów wykazujących coraz to lepszą gęstość energii i większą wydajność ładowania, ale które nie będą cięższe czy większe niż stosowane obecnie baterie litowo- żelazowe.
Naukowcy z Politechniki Federalnej w Zurychu, prowadzeni przez Semiha Afyona i Reinharda Nespera, emerytowanego profesora chemii, dokonali właśnie odkrycia takiego materiału. W wyniku kilku lat badań, odkryli materiał, który może podwoić wydajność obecnych baterii: szkło wanadowo- boranowe. Naukowcy użyli tego szkła jako materiału katody. O odkryciu poinformowano w czasopiśmi Scientific Reports [1].
Nowy materiał zrobiony jest z prekursorów tlenku wanadu (V2O5) i boranu litu (LiBO2) oraz został pokryty zredukowanym tlenkiem grafitu (RGO) by polepszyć jego elektrodowe właściwości.
Rys. 2 Tlenek wanadu(V) stosowany jest między innymi jako katalizator do produkcji kwasu siarkowego(VI)
By wyprodukować materiał katody, wymieszano sproszkowany pięciotlenek wanadu ze związkami boranowymi. Naukowcy stopili proszek w temperaturze 900oC i schłodzili tak szybko jak tylko było to możliwe by ostatecznie otrzymać postać szklistą. Efektem procesu były arkusze o grubości papieru, które zostały skruszone na proszek przed użyciem, co zwiększyło ich powierzchnię właściwą i utworzyło dodatkowe pory.
„Główną przewagą szkła wanadowo- borowego jest to, że jest ono proste i tanie w produkcji” – oświadczył Afyon. Ma to zwiększyć szansę materiału na znalezienie jego zastosowań w przemyśle.
Pozytywne wyniki badań nad szkłem wanadowo- boranowym zachęciły naukowców do kontynuowania badań w tym obszarze. Afryon pracuje obecnie jako przewodniczący projektu w konsorcjum badawczym prowadzonym przez Jennifer Rupp, profesora materiałów elektrochemicznych, skupionego na poszukiwaniu innowacyjnych stałych baterii. Właśnie teraz używają i testują elektrody wanadowo- boranowe a ich kolejnym krokiem będzie optymalizacja układu. W szczególności, muszą znacząco zwiększyć liczbę cykli ładowania i rozładowania, co może być osiągnięte poprzez ulepszenie baterii i konstrukcji elektrody tak samo jak zastosowanie innych pokryć niż zredukowany tlenek grafitowy.
- S. Afyon, F. Krumeich, C. Mensing, A. Borgschulte, R. Nesper (2014) New High Capacity Cathode Materials for Rechargeable Li-ion Batteries: Vanadate-Borate Glasses, Scientific Reports,
- http://www.sciencedaily.com/releases/2015/01/150113111533.htm
Opracowała: Emilia Strzałka
Korekta: Ilona Sadok
