Nowe odkrycia na poziomie atomowym: Co naprawdę dzieje się wewnątrz baterii?
Naukowcy z University of Illinois Grainger College of Engineering odkryli nieznane dotąd procesy na granicy faz w bateriach. Dzięki innowacyjnej mikroskopii sił atomowych 3D ujawniono dynamiczne zachowania warstw podwójnych elektrycznych, co może zrewolucjonizować projektowanie magazynów energii.
Przełom w badaniach nad strukturą baterii
Baterie, czyli ogniwa elektrochemiczne, to technologie łączące chemię, fizykę, nauki o materiałach i elektronikę. Stanowią nie tylko źródło zasilania dla smartfonów czy pojazdów elektrycznych, ale także inspirują naukowców do zgłębiania ich budowy na poziomie molekularnym.
Nowatorskie podejście do badania interfejsów
Zespół naukowców pod kierownictwem prof. Yingjie Zhang z University of Illinois Urbana-Champaign przeprowadził pierwsze szczegółowe badania niejednorodności cieczy na granicy faz w ogniwach elektrochemicznych. W pracy opublikowanej w czasopiśmie Proceedings of the National Academy of Sciences pokazano, że struktury zwane warstwami podwójnymi elektrycznymi (EDL) organizują się w odpowiedzi na chemiczne depozyty na powierzchni ciała stałego.
W naszej pracy dokładnie zbadaliśmy EDL za pomocą mikroskopii sił atomowych 3D, techniki zaprojektowanej do wykrywania bardzo małych sił. Po raz pierwszy zaobserwowaliśmy molekularną strukturę niejednorodnych EDL otaczających skupiska powierzchniowe.
Znaczenie warstw podwójnych elektrycznych
Ogniwa elektrochemiczne wykorzystują ruchome ładunki w elektrolitach do utrzymania różnicy napięć między biegunami. Już ponad sto lat temu wykazano istnienie EDL na granicy cieczy i przewodnika, które tworzą się w nanometrowych warstwach. Dotychczasowe badania skupiały się jednak na modelowych, płaskich powierzchniach, co powodowało lukę w wiedzy na temat rzeczywistych systemów baterii.
Obserwacje i nowe mechanizmy
Dzięki zastosowaniu mikroskopii sił atomowych 3D naukowcy powiązali niejednorodność EDL z występowaniem skupisk powierzchniowych, które pojawiają się na początkowych etapach ładowania baterii. Wyróżniono trzy podstawowe reakcje EDL:
- Uginanie – warstwy wyginają się wokół skupiska,
- Rozrywanie – fragmenty warstw oddzielają się i tworzą nowe warstwy pośrednie,
- Ponowne łączenie – warstwa EDL nad skupiskiem łączy się z sąsiednią warstwą, przesuniętą o jeden numer warstwy.
Te trzy wzorce są dość uniwersalne. Struktury te wynikają głównie z ograniczonego rozmiaru cząsteczek cieczy, a nie z ich konkretnej chemii. Powinniśmy być w stanie przewidzieć strukturę cieczy na podstawie morfologii powierzchni ciała stałego także w innych systemach.
Znaczenie odkrycia dla przyszłości magazynowania energii
Badania te mogą znacząco wpłynąć na rozwój nowoczesnych baterii i magazynów energii. Zrozumienie dynamicznych zmian EDL na rzeczywistych, heterogenicznych powierzchniach otwiera nowe możliwości optymalizacji procesów ładowania i wydłużania żywotności ogniw.
To przełom. Udało nam się rozwiązać strukturę EDL w realistycznych, niejednorodnych systemach elektrochemicznych, co stanowiło święty Graal elektrochemii. Oprócz praktycznych zastosowań w technologii, zaczynamy pisać nowe rozdziały podręczników do elektrochemii.
Zobacz również:
- Holenderski rynek energii: magazyny gazu zapełnione, rekordowe ceny prądu podczas bezwietrznych wieczorów
- ContourGlobal zainwestuje 1,6 GW w magazyny energii we Włoszech
- Drugie życie baterii: ACCIONA Energía i DNV testują magazyny energii z recyklingu e-skuterów
- IFC inwestuje 30 mln euro w R.Power. Nowe magazyny energii w Polsce
- Energa przyspiesza inwestycje w OZE i dystrybucję. W planach nowe bloki gazowe i magazyny energii
Źródło: ScienceDaily
Obserwuj
Może Cię również zainteresować
Nowy symulator szkoleniowy zwiększa bezpieczeństwo pracy elektrowni jądrowej Loviisa
Fińska elektrownia jądrowa Loviisa, należąca do Fortum, zmodernizowała swój symulator szkoleniowy. Nowe rozwiązanie pozwala operatorom ćwiczyć obsługę zakładu w realistycznych warunkach, zwiększając bezpieczeństwo i przygotowanie na nietypowe sytuacje.
Rekordowy wzrost elektromobilności w Polsce w 2025 roku – Licznik Elektromobilności PSNM
Rok 2025 przyniósł historyczny wzrost liczby samochodów elektrycznych w Polsce. Zarejestrowano ponad 52 tys. nowych BEV, a infrastruktura ładowania znacząco się rozbudowała.
EnviTec Biogas rozpoczyna 2026 rok od ekspansji na rynkach zagranicznych
EnviTec Biogas AG wchodzi w nowy rok z silną pozycją, realizując nowe kontrakty i debiutując na rynku litewskim. Jednocześnie firma wskazuje na niepewność regulacyjną w Niemczech i rosnący potencjał biometanu w Europie.
Nabór wniosków w programie NaszEauto trwa – ponad 34 tys. zgłoszeń i niemal 1,08 mld zł dofinansowania
Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej kontynuuje przyjmowanie wniosków w programie NaszEauto. Dotacje na samochody elektryczne cieszą się dużym zainteresowaniem – złożono już ponad 34 tys. wniosków na kwotę blisko 1,08 mld zł.
Dynamiczne ładowanie ciężarówek elektrycznych: niemiecki projekt BEE udowadnia skuteczność pantografów
Niemiecki projekt badawczy „BEV Goes eHighway – BEE” potwierdził praktyczność dynamicznego ładowania ciężarówek elektrycznych za pomocą pantografów. Innowacyjne rozwiązanie, opracowane przy współpracy RWTH Aachen University i DAF Trucks, zostało przetestowane w realnym ruchu drogowym.
Konsultacje społeczne programu poprawy efektywności energetycznej w szpitalach – NFOŚiGW zaprasza do udziału
Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej rozpoczął konsultacje społeczne projektu programu mającego na celu poprawę efektywności energetycznej budynków szpitalnych. Uwagi można zgłaszać do 28 stycznia 2026 r.
Komentarze