Nad budową nowej generacji akumulatorów pracuje dr inż. Adam Moyseowicz z Katedry Inżynierii Procesowej i Technologii Materiałów Polimerowych i Węglowych na PWr. Nowatorskie rozwiązanie będzie sprawdzał podczas pobytu w Imperial College London.

Naukowiec wyjedzie do Wielkiej Brytanii w ramach projektu badawczego, finansowanego przez Narodową Agencję Wymiany Akademickiej (NAWA). Planuje spędzić na brytyjskiej uczelni pięć miesięcy, pracując w grupie prof. Magdaleny Titirici - specjalistki w dziedzinie materiałów węglowych oraz ich wykorzystania do ochrony środowiska.

Lepsze magazynowanie energii

Prof. Titirici jest kierownikiem silnie rozwijającej się grupy badawczej, a także prowadzi badania w Imperial College London w zakresie nowych materiałów dla technologii zrównoważonego rozwoju, które będą finansowane przez Królewską Akademię Inżynieryjną przez najbliższe 10 lat. Specjalizuje się w projektowaniu zaawansowanych materiałów węglowych, które są stosowane w elektrochemicznych urządzeniach magazynujących energię, do usuwania i konwersji CO₂, adsorpcyjnego magazynowania gazów czy elektrokatalizy.

Z kolei badania dra Adama Moyseowicza dotyczą syntezowania nowych materiałów bazujących na węglu i cynie, które będą wykorzystywane w nowych typach akumulatorów – sodowo-jonowych (Na-ion). Mogą one stanowić alternatywę dla popularnych akumulatorów litowo-jonowych, wykorzystywanych niemal wszędzie, od przenośnej elektroniki po pojazdy elektryczne.

–  Magazynowanie energii jest obecnie jednym z kluczowych aspektów rozwoju technologii przyjaznych środowisku naturalnemu. Ich zadaniem jest redukcja emisji CO₂ oraz zwiększenie znaczenia odnawialnych źródeł energii. Akumulatory Na-ion wykorzystują sód, który od litu jest znacznie tańszy i bardziej dostępny – wyjaśnia naukowiec z PWr.

Dodaje, że przy produkcji tego typu akumulatorów można stosować dostępne już technologie, dlatego możliwe jest wdrożenie takiego rozwiązania na szeroką skalę.

Jak działa akumulator sodowo-jonowy?

Dr Moyseowicz w laboratoriach brytyjskiej uczelni zajmie się syntezą kompozytów i określeniem ich charakterystyki fizykochemicznej, czyli składu chemicznego, morfologii, struktury porowatej i krystalicznej. Następnie oceni właściwości elektrochemiczne otrzymanych materiałów w skonstruowanych akumulatorach sodowo-jonowych.

Podstawą działania akumulatorów sodowych, podobnie jak w przypadku akumulatorów litowych, są przemiany chemiczne, w wyniku których następuje przemieszczanie dodatnich jonów sodu pomiędzy anodą a katodą. W ogniwie znajduje się jeszcze obligatoryjnie separator oraz elektrolit, w którym zanurzone są obie elektrody. W trakcie ładowania jony Na+ migrują w kierunku anody i zostają „uwięzione” w materiale węglowym, jednocześnie elektrony równoważące ładunek, obwodem zewnętrznym przechodzą również do anody. W procesie odwrotnym, przy rozładowaniu, przepływ elektronów odbywa się z anody do katody poprzez odbiornik (np. telefon), a jony sodu zostają uwolnione ze struktury materiału anodowego i wracają do katody.

Stabilnie i efektywnie

Imperial College London (ICL) jest uniwersytetem specjalizującym się w dziedzinie inżynierii i medycyny. Infrastruktura badawcza Wydziału Inżynierii Chemicznej ICL zapewnia dostęp do zaawansowanych urządzeń analitycznych, dzięki którym nasz naukowiec będzie mógł zbadać materiał elektrodowy oraz obserwować procesy zachodzące w układzie podczas pracy elektrochemicznej ogniwa.

–  Największym problemem do rozwiązania w przypadku materiałów anodowych zawierających cynę jest poprawa ich stabilności pracy cyklicznej, zapobiegając szybkiej degradacji elektrod – tłumaczy dr Moyseowicz. – Po zaprojektowaniu i otrzymaniu kompozytów węgiel-cyna mamy zrozumieć mechanizmy magazynowania jonów sodu w trakcie pracy elektrochemicznej ogniwa. Chcemy określić, które parametry kompozytów są pożądane, aby zapewnić stabilną i odwracalną pracę akumulatora, jednocześnie poprawiając maksymalną możliwą do zmagazynowania energię układu – dodaje. 

Jeżeli tylko sytuacja pandemiczna nie przekreśli planów, to naukowiec z PWr wyjedzie do Londynu już w czerwcu.

Iwona Szajner