Home » Știință » Ingredientul din pasta de dinți ce ar putea crește autonomia vehiculelor electrice

Ingredientul din pasta de dinți ce ar putea crește autonomia vehiculelor electrice

Foto: Shutterstock
Publicat: 30.06.2023

Un ingredient din multe paste de dinți este fluorura de sodiu, un compus al fluorului, adăugat pentru a proteja dinții de carii. Dar ce legătură are ingredientul din pasta de dinți cu vehiculele electrice?

Compușii care conțin fluor au și alte utilizări practice, fapt ce v-ar putea surprinde. Oamenii de știință de la Laboratorul Național Argonne al Departamentului de Energie (DOE) din SUA au descoperit un electrolit cu fluor care ar putea proteja bateriile din generația următoare împotriva scăderii performanței.

„O generație nouă și interesantă de tipuri de baterii pentru vehicule electrice se află la orizont”, a declarat Zhengcheng (John) Zhang, lider de grup în divizia de științe chimice și inginerie de la Argonne.

Compozițiile bateriilor non-litiu-ion oferă cel puțin de două ori mai multă energie stocată într-un anumit volum sau greutate în comparație cu bateriile litiu-ion. Noile baterii ar putea alimenta mașinile pe distanțe mai lungi și, pe viitor, ar putea alimenta chiar camioane și avioane.

Se așteaptă ca utilizarea la scară largă a unor astfel de baterii să contribuie la rezolvarea problemei schimbărilor climatice. Problema principală este că densitatea lor mare de energie scade rapid odată cu încărcarea și descărcarea repetată, scrie Tech Xplore.

Cum a ajuns ingredientul din pasta de dinți să fie folosit în baterii?

Unul dintre principalii concurenți are un anod (electrod negativ) din litiu metal în locul grafitului folosit în mod normal în bateriile litiu-ion. Așadar, se numește baterie „litiu-metal”. Catodul (electrodul pozitiv) este un oxid de metal care conține nichel, mangan și cobalt (NMC). Deși acest tip de baterie poate furniza mai mult decât dublul densității de energie posibilă cu o baterie litiu-ion, această performanță remarcabilă dispare rapid în mai puțin de o sută de cicluri de încărcare-descărcare.

Soluția echipei a implicat schimbarea electrolitului, un lichid prin care ionii de litiu se deplasează între catod și anod pentru a facilita încărcarea și descărcarea. În bateriile litiu-metal, electrolitul este un lichid format dintr-o sare care conține litiu, dizolvată într-un solvent.

Sursa problemei cu durata scurtă de viață este aceea că electrolitul nu formează un strat protector adecvat pe suprafața anodului în timpul primelor câteva cicluri. Acest strat, numit și interfaza de electrolit solid (SEI), acționează ca un gardian, permițându-le ionilor de litiu să treacă liber în și din anod pentru a încărca și, respectiv, a descărca bateria.

Cercetarea este publicată în revista Nature Communications.

Aici intră în joc ingredientul din pasta de dinți. Echipa a descoperit un nou solvent cu fluor care menține un strat protector robust timp de sute de cicluri. Acesta cuplează o componentă fluorurată care este încărcată pozitiv (cation) cu o componentă fluorurată diferită care este încărcată negativ (anion). Această combinație este ceea ce oamenii de știință numesc un lichid ionic, adică un lichid format din ioni pozitivi și negativi.

Cum funcționează acest nou tip de baterii?

„Diferența cheie în noul nostru electrolit este înlocuirea atomilor de hidrogen cu fluor în structura sub formă de inel a părții cationice a lichidului ionic. Acest lucru a făcut diferența în menținerea performanței înalte timp de sute de cicluri într-o celulă litiu-metal de testare”, a spus Zhang.

Pentru a înțelege mai bine mecanismul din spatele acestei diferențe la scară atomică, echipa s-a bazat pe resursele de calcul de înaltă performanță ale Argonne Leadership Computing Facility (ALCF), o unitate a DOE Office of Science.

După cum a explicat Zhang, simulările pe supercomputerul Theta al ALCF au arătat că cationii de fluor se lipesc și se acumulează pe suprafețele anodului și ale catodului înainte de orice ciclu de încărcare-descărcare. Apoi, în timpul etapelor incipiente ale ciclării, se formează un strat SEI rezistent, care este superior celui făcut posibil de electroliții anteriori.

Microscopia electronică de înaltă rezoluție de la Argonne și de la Pacific Northwest National Laboratory a dezvăluit că stratul SEI extrem de protector de pe anod și catod a condus la cicluri stabile.

Echipa a reușit să ajusteze proporția de solvent cu fluorură în raport cu sarea de litiu pentru a crea un strat cu proprietăți optime, inclusiv o grosime SEI care nu este nici prea mare, nici prea mică. Datorită acestui strat, ionii de litiu pot curge eficient în și din electrozi în timpul încărcării și descărcării timp de sute de cicluri.

Avantajele acestor baterii

Electrolitul realizat folosind ingredientul din pasta de dinți are multe alte avantaje. Are un cost scăzut, deoarece poate fi făcut cu o puritate și un randament extrem de ridicate într-un singur pas, mai degrabă decât în mai multe etape. Este prietenos cu mediul, deoarece folosește mult mai puțin solvent, care este volatil și poate elibera contaminanți în mediu. Și este mai sigur pentru că nu este inflamabil.

Bateriile litiu-metal cu electrolitul nostru de cationi fluorurați ar putea stimula considerabil industria vehiculelor electrice. Iar utilitatea acestui electrolit se extinde, fără îndoială, la alte tipuri de sisteme avansate de baterii”, a spus Zhang.

Vă recomandăm să citiți și:

Prima fabrică spațială din lume, lansată pe orbita Pământului cu o rachetă SpaceX

Cea mai mare centrală hidro-solară din lume, operațională în China

NASA a reciclat 98% din sudoarea și urina astronauților de pe Stația Spațială Internațională

Betonul care „aspiră” poluarea din jur ar putea fi eroul neașteptat al calității aerului

Ștefan Trepăduș
Ștefan Trepăduș
Ștefan Trepăduș este blogger începând cu anul 2009, având experiență și în domeniile publicitate și jurnalism. Este pasionat de marketing și de tehnologie, dar cel mai mult îi place să știe lucruri, motiv pentru care a fost atras de Descopera.ro. citește mai mult
Urmărește DESCOPERĂ.ro pe
Google News și Google Showcase
Cele mai noi articole
Cea mai mică specie de vidră din lume a fost redescoperită în Nepal după 185 de ani
Cea mai mică specie de vidră din lume a fost redescoperită în Nepal după 185 de ani
Povestea Monstrului din Loch Ness
Povestea Monstrului din Loch Ness
Christine de Pisan, prima scriitoare profesionistă din Europa
Christine de Pisan, prima scriitoare profesionistă din Europa
Cum să reaprinzi legătura cu un prieten drag de care te-ai îndepărtat?
Cum să reaprinzi legătura cu un prieten drag de care te-ai îndepărtat?
Pilates: mitul mușchilor „lungi și supli”. Ce spune știința?
Pilates: mitul mușchilor „lungi și supli”. Ce spune știința?
Test de cultură generală. Care mare cântăreață a fost spion în cel de-Al Doilea Război Mondial?
Test de cultură generală. Care mare cântăreață a fost spion în cel de-Al Doilea Război Mondial?
Pentru prima dată, celule din afara creierului au prezentat semne de memorie și „învățare”
Pentru prima dată, celule din afara creierului au prezentat semne de memorie și „învățare”
Ce record a doborât Tom Cruise pe platourile de filmare pentru Mission Impossible 8?
Ce record a doborât Tom Cruise pe platourile de filmare pentru Mission Impossible 8?
Ne așteaptă o lună iunie caldă și secetoasă. Regiunile din România cele mai afectate
Ne așteaptă o lună iunie caldă și secetoasă. Regiunile din România cele mai afectate
Câți dintre angajații din România își doresc săptămâna de lucru de 4 zile?
Câți dintre angajații din România își doresc săptămâna de lucru de 4 zile?
Moartea împăratului care ar fi incendiat oraşul celor şapte coline
Moartea împăratului care ar fi incendiat oraşul celor şapte coline
Inteligența Artificială încurajează dependenții de droguri să recidiveze, arată un studiu
Inteligența Artificială încurajează dependenții de droguri să recidiveze, arată un studiu
În premieră mondială, o companie din Canada va extrage minerale de pe fundul mării
În premieră mondială, o companie din Canada va extrage minerale de pe fundul mării
A fost inaugurat cel mai înalt pod feroviar din lume
A fost inaugurat cel mai înalt pod feroviar din lume
Câți dintre elevii din București recunosc că li s-au oferit substanțe interzise?
Câți dintre elevii din București recunosc că li s-au oferit substanțe interzise?
Un studiu dezvăluie cum găurile negre pot fi folosite pentru coliziunea particulelor
Un studiu dezvăluie cum găurile negre pot fi folosite pentru coliziunea particulelor
Sfântul Augustin de Hipona, părintele teologiei creștine și al filosofiei occidentale. Unul dintre cei mai profunzi gânditori ai istoriei
Sfântul Augustin de Hipona, părintele teologiei creștine și al filosofiei occidentale. Unul dintre cei mai profunzi gânditori ...
Un algoritm dezvăluie o mică regiune din creierul nostru cu un rol-cheie
Un algoritm dezvăluie o mică regiune din creierul nostru cu un rol-cheie