W przesłanym komunikacie biuro prasowe Politechniki Gdańskiej poinformowało, że nad projektem pracuje zespół badawczy z Wydziału Chemicznego PG pod kierunkiem dr hab. Moniki Wilamowskiej-Zawłockiej.

Baterie mają być wytrzymałe, stabilne podczas ładowania i rozładowywania, wytworzone z ograniczonym użyciem surowców krytycznych, a przez to bardziej przyjazne dla środowiska. Mają zasilać np. drony czy samochody.

"W naszych bateriach litowo-jonowych nowej generacji wykorzystamy tlenowęgliki krzemu (ang. silicon oxycarbides SiOCs) jako matryce do nanocząstek tworzących stopy z litem, jak elementarny krzem czy cyna" - powiedziała cytowana w komunikacie profesor Politechniki Gdańskiej.

Wyjaśniła, że SiOCs są materiałami ceramicznymi pochodzenia polimerowego (ang. polymer-derived ceramics, PDCs), co pozwala na zastosowanie metod syntezy gwarantujących dużą jednorodność nanokompozytów łączących metal i ceramikę.

"Tlenowęgliki krzemu zapewniają nie tylko dobrą wytrzymałość mechaniczną i chemiczną, ale są również materiałami aktywnymi elektrochemicznie wobec jonów litu, co pozwoli na uzyskanie materiałów anodowych o znacznie wyższej pojemności elektrycznej niż stosowany komercyjnie +krytyczny+ naturalny grafit" - dodała.

Podkreśliła, że pierwiastki tworzące stopy z litem oferują znacznie wyższą pojemność elektryczną niż tradycyjne anody grafitowe, dlatego stanowią główną drogę do zwiększenia pojemności anod w akumulatorach litowo-jonowych nowej generacji.

"Jednak ich poważną wadę stanowi znaczna zmiana objętości podczas cykli ładowania i rozładowania, co prowadzi do degradacji i utraty wydajności w czasie użytkowania" – tłumaczyła.

Jej zdaniem to sprawia, że komercyjne baterie zawierające krzem są nadal rzadkością, lecz wiele firm pracuje nad opracowaniem tego typu anod. "Naszym zadaniem będzie umieszczenie nanocząstek krzemu i cyny w odpowiednio zaprojektowanej matrycy SiOC, co zminimalizuje te problemy" - dodała.

Uczelnia poinformowała, że dr hab. Monika Wilamowskia-Zawłocka została laureatką Szwajcarsko-Polskiego Programu Współpracy (Badania Naukowe i Innowacje, Badania Stosowane) i otrzymała ponad 4,3 mln zł dofinansowania na badania nad materiałami do akumulatorów (baterii), które nie zawierają surowców krytycznych.

Projekt będzie realizowany we współpracy ze szwajcarskim ośrodkiem badawczym Empa – Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology oraz firmą Siloxene AG.

W skład zespołu wchodzą: prof. Monika Wilamowska-Zawłocka, dr Gifty Sara Rolly, dr Balanand Santhosh, studenci: Jakub Olszewski, Emilia Bielska i Kacper Chodziński.

Oprócz badań nad nowymi materiałami do baterii, zespół prof. Wilamowskiej-Zawłockiej (w ramach grantu z programu SONATA BIS NCN) zajmuje się opracowywaniem procesów odzyskiwania surowców krytycznych ze zużytych ogniw litowo-jonowych pod kątem ponownego ich zastosowania w nowych akumulatorach.

Uczelnia podała, że naukowcy pracują nad opłacalnymi ekonomicznie i przyjaznymi dla środowiska strategiami recyklingu służącymi do odzysku różnych komponentów baterii, w tym aktywnego materiału anodowego (grafit), materiału katodowego (kobalt, nikiel, mangan), kolektorów prądu (miedź, glin) oraz litu.

Badaczka, cytowana w komunikacie podkreśliła, że firmy na świecie odzyskują już surowce z baterii litowo-jonowych, ale dzieje się to ciągle na zbyt małą skalę, biorąc pod uwagę wzrost zużytych baterii tego typu. "Recykling ten nie jest tak rozwinięty jak innych typów baterii, a recykling bezpośredni, czyli taki, który odzyskuje aktywne materiały elektrodowe w ich pierwotnej strukturze, nadal pozostaje w skali laboratoryjnej" - zaznaczyła.

Dodała, że według analiz i prognoz Międzynarodowej Agencji Energetycznej do roku 2030, co roku na całym świecie będzie generowanych 100-120 GWh zużytych baterii z pojazdów elektrycznych. "Prognozuje się, że liczba wycofanych z eksploatacji modułów baterii z pojazdów elektrycznych wzrośnie do 2030 r. o 4 miliony ton" - stwierdziła.(PAP)

Nauka w Polsce

pm/ agt/