Bateriile reîncărcabile, care stau la baza majorității dispozitivelor electronice, au o durată de viață limitată, iar noi cercetări sugerează că hidrogenul scurs din reacțiile chimice nedorite ar putea fi cauza principală a acestei degradări. O echipă de la Universitatea Stanford a descoperit că moleculele de hidrogen se acumulează în centrele de încărcare ale bateriilor, reducând astfel eficiența acestora.
În cadrul unui acumulator litiu-ion, două electrozi — unul cu încărcare pozitivă (anodul) și unul cu încărcare negativă (catodul) — stochează ionii de litiu. Un electrolit, substanța din interiorul bateriei, permite mișcarea ionilor de la anod la catod, declanșând o reacție chimică ce eliberează electroni care generează curent. Totuși, cercetarea recentă a arătat că, odată cu acești ioni de litiu, ajung la catod și protonii de hidrogen, împreună cu electronii acestora, ceea ce împiedică litiul să conducă sarcina în mod eficient.
Efectele scurgerii de hidrogen asupra bateriilor
Studiul condus de Gang Wan, fizician și chimist la Stanford, a dezvăluit că scurgerile de hidrogen apar chiar și atunci când bateria nu este folosită, ceea ce contribuie la pierderea treptată a energiei stocate. Aceste molecule de hidrogen se separă de alte substanțe din electrolit și se acumulează la nivelul catodului. Cu timpul, acumularea de hidrogen blochează eficiența cu care ionii de litiu pot transfera sarcina, reducând astfel performanțele bateriei.
Pentru a monitoriza această scurgere invizibilă, echipa lui Wan a înlocuit hidrogenul cu o variantă mai mare, deuteriu, un izotop de hidrogen. Utilizând spectrometria de masă și imagistica cu raze X, cercetătorii au putut observa cum deuteriu se deplasează în interiorul bateriei, dovedind astfel că hidrogenul joacă un rol esențial în scăderea capacității de încărcare a bateriilor.
Această descoperire deschide calea către îmbunătățirea bateriilor prin țintirea reacțiilor chimice care produc aceste molecule de hidrogen nedorite. Cu toate acestea, poate genera și o reevaluare a modului în care sunt proiectate bateriile actuale, deoarece Wan sugerează că, în încercarea de a crea baterii mai puternice, inginerii ar putea să fi crescut accidental probabilitatea ca hidrogenul să pătrundă în catod și să scurteze durata de viață a bateriei.
Îmbunătățirea viitoarelor baterii
Deși este nevoie de mai multe cercetări pentru a determina cât de răspândită este această problemă în diverse tipuri de baterii, descoperirile echipei de la Stanford sugerează că multe dintre bateriile utilizate astăzi ar putea suferi din cauza acestui fenomen de scurgere a hidrogenului. Dacă problema este într-adevăr una larg răspândită, acest lucru ar putea duce la dezvoltarea de baterii mai durabile, care să își mențină performanțele pe o perioadă mai lungă.
Îmbunătățirile în durata de viață a bateriilor nu ar avea doar un impact asupra tehnologiei noastre zilnice — cum ar fi reducerea frecvenței cu care trebuie să ne înlocuim telefoanele și laptopurile — ci ar putea reduce și amprenta ecologică a mineritului pentru materialele necesare fabricării acestora. Astfel, această descoperire nu doar că ne-ar putea face gadgeturile mai eficiente, dar ar avea și beneficii semnificative pentru mediu.
