Φανταστείτε να μην χρειάζεται να φορτίζετε το τηλέφωνό σας ή το laptop για εβδομάδες. Αυτό είναι το όνειρο των ερευνητών που αναζητούν εναλλακτικές μπαταρίες που ξεπερνούν τις τρέχουσες εκδόσεις ιόντων λιθίου σήμερα. Τώρα, σε μια νέα μελέτη που δημοσιεύεται στο Science , οι χημικοί σε πολλά ιδρύματα, όπως το Caltech και το εργαστήριο Jet Propulsion που κατευθύνεται από το Caltech για τη NASA, καθώς και το Ινστιτούτο Έρευνας Honda και το Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Berkeley, βρήκαν ένα νέο τρόπο κατασκευής επαναφορτιζόμενων μπαταριών με βάση το ιόν του φθορίου.
Μια απεικόνιση του διαλύματος ηλεκτρολύτη που χρησιμοποιήθηκε στη νέα μελέτη, στην ατομική κλίμακα. Το ιόν φθορίου (ροζ) περιβάλλεται από ένα υγρό μορίων BTFE.
«Οι μπαταρίες φθορίου μπορούν να έχουν μεγαλύτερη ενεργειακή πυκνότητα, που σημαίνει πως μπορούν να έχουν μεγαλύτερη διάρκεια ζωής, μέχρι και οκτώ φορές πιο πολύ από τις μπαταρίες που χρησιμοποιούμε σήμερα» είπε ο μελέτης Robert Grubbs, ένας από τους συντελεστές της έρευνας. «Ωστόσο, μπορεί να αποτελέσει πρόκληση το να δουλεύεις με φθόριο, ειδικά επειδή είναι πολύ διαβρωτικό και αντιδρά πολύ» ανέφερε.
Κατά τη δεκαετία του 1970, ερευνητές είχαν προσπαθήσει να δημιουργήσουν τέτοιες μπαταρίες με στέρεα συστατικά. Ωστόσο, οι μπαταρίες αυτές λειτουργούσαν μόνο σε υψηλές θερμοκρασίες. Στη νέα μελέτη δείχνουν πώς μπορούν τέτοιου τύπου μπαταρίες να λειτουργήσουν, χρησιμοποιώντας υγρά συστατικά, οι οποίες μάλιστα το κάνουν σε θερμοκρασία δωματίου.
«Είμαστε ακόμα στα πρώιμα στάδια της ανάπτυξης, αλλά αυτή είναι η πρώτη επαναφορτιζόμενη μπαταρία φθορίου που λειτουργεί σε θερμοκρασία δωματίου» λέει ο Simon Jones, χημικός του JPL και συν-συγγραφέας της νέας μελέτης.
Οι μπαταρίες παράγουν ηλεκτρικό ρεύμα μεταφέροντας φορτισμένα άτομα (ιόντα) μεταξύ θετικού και αρνητικού ηλεκτροδίου. Αυτή η διαδικασία μεταφοράς γίνεται καλύτερα σε θερμοκρασία δωματίου όταν εμπλέκονται υγρά. Στην περίπτωση των μπαταριών ιόντων λιθίου, το λίθιο μεταφέρεται μεταξύ των ηλεκτροδίων με τη βοήθεια υγρού διαλύματος (ηλεκτρολύτη). «Η επαναφόρτιση μιας μπαταρίας είναι σαν να σπρώχνεις μια μπάλα σε έναν λόφο και μετά να την αφήνεις να κυλήσει πίσω, ξανά και ξανά» είπε ο Τόμας Μίλερ, καθηγητής Χημείας στο Caltech, άλλος ένας εκ των συντελεστών της έρευνας. «Πηγαίνεις μπρος και πίσω, μεταξύ αποθήκευσης και χρήσης της ενέργειας» σημείωσε.
Ενώ τα ιόντα λιθίου είναι θετικά (κατιόντα), τα ιόντα φθορίου που χρησιμοποιούνται στη νέα μελέτη έχουν αρνητικό φορτίο (ανιόντα). «Για μια μπαταρία που διαρκεί περισσότερο, πρέπει να μετακινείς μεγαλύτερο αριθμό φορτίων. Το να μεταφέρεις πολλαπλά φορτισμένα κατιόντα μετάλλων είναι δύσκολο, αλλά αντίστοιχο αποτέλεσμα μπορεί να επιτευχθεί κινώντας αρκετά μεμονωμένα φορτισμένα ανιόντα, που ταξιδεύουν με σχετική ευκολία» είπε ο Jones, που κάνει έρευνες στο JPL σχετικά με πηγές ενέργειας για διαστημόπλοια. «Η πρόκληση εδώ είναι το σύστημα να λειτουργεί σε τάσεις που μπορούν να χρησιμοποιηθούν πρακτικά» υπογράμμισε.
Το «κλειδί» της υπόθεσης ήταν ένας υγρός ηλεκτρολύτης, το BTFE, λύση την οποία σκέφτηκε μια ασκούμενη, η Victoria Davis , που πλέον σπουδάζει στο Πανεπιστήμιο της Βόρειας Καρολίνας, Chapel Hill.
«Ξεκλειδώνουμε έναν νέο τρόπο δημιουργίας μπαταριών μεγαλύτερης διάρκειας ζωής. Το φθόριο κάνει comeback στις μπαταρίες» είπε χαρακτηριστικά ο Simon Jones.
