Baterije bez kobalta u Lamborghiniju budućnosti

Većinu električnih automobila pokreću litij-ionske baterije koje se pune kada litijevi ioni teku od pozitivno nabijene elektrode, zvane katoda, do negativno nabijene elektrode, zvane anoda. U većini litij-ionskih baterija katoda sadrži kobalt, metal koji nudi visoku stabilnost i gustoću energije.

Međutim, kobalt ima značajne nedostatke, prije svega što je to rijetki metal čija cijena može dramatično oscilirati, a većina svjetskih nalazišta nalazi se u politički nestabilnim zemljama. Vađenje kobalta uključuje opasne radne uvjete i stvara otrovni otpad koji zagađuje zemlju, zrak i vodu oko rudnika.

Istraživači s Instituta tehnologije u Massachusettsu MIT, dizajnirali su materijal za baterije koji bi mogao ponuditi održiviji način za napajanje električnih automobila. Nova litij-ionska baterija uključuje katodu temeljenu na organskim materijalima umjesto kobalta.

U novoj studiji, Mircea Dincă, profesor energetike na MIT-u i njegovi kolege pokazali su da ovaj materijal, koji bi se mogao proizvesti po mnogo nižoj cijeni od baterija koje sadrže kobalt, može provoditi električnu energiju sličnim brzinama kao i kobaltne baterije. Nova baterija također ima usporediv kapacitet skladištenja i može se puniti brže od kobaltnih baterija.

Zbog mnogih nedostataka kobalta, mnoga su istraživanja otišla u pokušaje razvoja alternativnih materijala za baterije. Jedan takav materijal je litij-željezo-fosfat (LFP), koji neki proizvođači automobila počinju koristiti u električnim vozilima, no on donosi samo polovicu gustoće energije od kobaltnih i nikl baterija.

Prije otprilike šest godina, Dincăov laboratorij počeo je raditi na projektu koji je financirao Lamborghini, za razvoj organske baterije koja bi se mogla koristiti za pogon električnih automobila. Dok su radili na poroznim materijalima koji su bili dijelom organski, a dijelom anorganski, Dincă i njegovi studenti shvatili su da bi potpuno organski materijal koji su napravili mogao biti jak vodič.

Ovaj materijal se sastoji od mnogo slojeva TAQ (tetraaminobenzoquinone), male organske molekule koja sadrži tri spojena heksagonalna prstena. Ti se slojevi mogu širiti prema van u svim smjerovima, tvoreći strukturu sličnu grafitu. Unutar molekula nalaze se kemijske skupine zvane kinoni, koji su spremnici elektrona, i amini, koji pomažu materijalu da stvori jake vodikove veze.

Te vodikove veze čine materijal vrlo stabilnim i vrlo netopivim. Ta je netopivost važna jer sprječava otapanje materijala u elektrolitu baterije, kao što to čine neki organski materijali baterije, čime se produljuje njezin životni vijek.

"Jedna od glavnih metoda razgradnje organskih materijala je da se oni jednostavno otope u elektrolitu baterije i prijeđu na drugu stranu baterije, stvarajući u biti kratki spoj. Ako materijal učinite potpuno netopivim, taj se proces ne događa, tako da možemo ići na više od 2000 ciklusa punjenja uz minimalnu degradaciju," kaže Dincă.

Ispitivanja materijala pokazala su da su njegova vodljivost i kapacitet pohrane usporedivi s onima tradicionalnih baterija koje sadrže kobalt. Također, baterije s TAQ katodom mogu se puniti i prazniti brže od postojećih baterija, što bi moglo ubrzati brzinu punjenja za električna vozila.

Lamborghini je već licencirao MIT-jev patent, a Dincăov laboratorij planira nastaviti razvijati alternativne materijale za baterije i istražuje moguću zamjenu litija natrijem ili magnezijem, koji su jeftiniji i zastupljeniji od litija.

Znanstveni rad objavljen u časopisu  ACS Central Science možete pronaći na ovoj poveznici.