Objava v reviji Science: novi obeti na področju akumulatorjev za električna vozila

07.11.2016

Na Kemijskem inštitutu smo predstavili prispevek, objavljen v vrhunski reviji Science. Članek z naslovom Vizualizacija O-O peroxo dimerov v katodnih materialih z visoko energijsko gostoto je prva objava Kemijskega inštituta v tej prestižni reviji - eni izmed dveh najmočnejših znanstvenih revij na svetu- in potrjuje vodilno vlogo Laboratorija za kemijo materialov na področju raziskav sodobnih baterijskih sistemov.

Na Kemijskem inštitutu smo predstavili prispevek, objavljen v vrhunski reviji Science. Članek z naslovom Vizualizacija O-O peroxo dimerov v katodnih materialih z visoko energijsko gostoto je prva objava Kemijskega inštituta v tej prestižni reviji - eni izmed dveh najmočnejših znanstvenih revij na svetu- in potrjuje vodilno vlogo Laboratorija za kemijo materialov na področju raziskav sodobnih baterijskih sistemov.



Rezultati predstavljajo pomemben korak za prehod v družbo, ki bo neodvisna od fosilnih goriv. Pred kratkim sprejete smernice o zniževanju toplogrednih plinov nas zavezujejo k manjši uporabi fosilnih goriv. Potrebo po energiji lahko nadomestimo z izkoriščanjem obnovljivih virov (sonce, veter, ...), ki niso konstantni. Zato so potrebni učinkoviti shranjevalniki, med njimi akumulatorji z visoko energijsko gostoto. Objavljen članek v reviji Science je podlaga za novo družino materialov v Li-ionskih akumulatorjih, ki lahko prispeva do 50% višji energijski gostoti in s tem približa doseg električnih avtomobilov širši množici uporabnikov.
Članek je rezultat sodelovanja Laboratorija za kemijo materialov na Kemijskem inštitutu s College de France v Parizu in temelji na delu skupnega podoktorskega raziskovalca pod mentorstvom doc. dr. R. Dominka in prof. dr. Jean-Marie Tarascona. Raziskava je združila strokovnjake na področju sinteze materialov, kristalografije, mikroskopije in teoretične kemije, ki so ovrgli dosedanje prepričanje, da je energijska gostota baterijskih materiov intrinzično omejena s številom elektronov, ki jih je mogoče reverzibilno vključiti v elektrokemijsko reakcijo. Na osnovi spoznanj, pridobljenih z uporabo različnih karakterizacijskih tehnik, so pokazali, da lahko v določenih primerih v elektrokemijsko reakcijo reverzibilno vstopa tudi kisikova podmreža v kristalni strukturi. S tem se znatno poveča celotna specifična kapaciteta oziroma reverzibilno shranjena energija. Osnova za razumevanje tega novega pojava so bile raziskave, opravljene z nevtronsko in transmisijsko spektroskopijo ter podkrepljene s teoretičnimi izračuni.
Vodja Laboratorija za kemijo materialov prof. dr. Miran Gaberšek je ob tem izjavil: »Delo v Laboratoriju za kemijo materialov je osredotočeno na razvoj novih materialov za uporabo v naprednih tehnologijah. Trenutno znotraj laboratorija delujejo tri raziskovalne skupine, ki razvijajo materiale za uporabo v alternativnih energetskih rešitvah, kot so novi načini izrabe sončne energije, vodikove tehnologije in novi tipi baterij. Baterijske raziskave potekajo v laboratoriju že skoraj 30 let. V zadnjih letih, ko je njihovo vodenje prevzel doc. dr. Roberto Dominko, se je težišče premaknilo na razvoj post-litij ionskih sistemov, kot so magnezijeve baterije in še posebej baterije litij-žveplo. Tudi članek, objavljen v reviji Science, radikalno prelamlja z dosedanjimi koncepti, ki so bili znani v okviru litij ionskih sistemov.«
Direktor Kemijskega inštituta prof. dr. Gregor Anderluh je dejal: »Razvoj novih, naprednih materialov in sodobnih baterijskih sistemov je predvsem v domeni evropskih raziskovalnih univerz in inštitutov. Takšni dosežki omogočajo evropski in tudi slovenski industriji, da vstopajo v tekmo na baterijskem področju in pripeljejo proizvodnjo baterij nove generacije nazaj v Evropo. Obenem pa so takšni dosežki tudi signal predvsem avtomobilski industriji, da bodo kmalu na trgu nove generacije Li-ionskih akumulatorjev z znatno višjo energijsko gostoto.«

Soavtor prispevka doc. dr. Robert Dominko pa je izjavil: »Članek pomika meje znanosti o materialih in njihovi redoks aktivnosti čez mejo doktrine, ki je bila do sedaj in se je uporabljala pri načrtovanju baterijskih materialov. Namreč v komercialno dosegljivih akumulatorjih izkoriščamo elektrone iz prehodnih kovin. V objavljenem članku smo dokazali reverzibilno redoks aktivnost tudi anionskega dela aktivnega materiala. Z vizualizacijo kisikovih dimerov, smo dokazali, da tudi kisik reverzibilno vstopa v elektrokemijsko reakcijo in s tem prispeva k zvišanju energijske gostote akumulatorja.«

Prispevek je dostopen na strani: http://www.sciencemag.org/content/350/6267/1516.full