Το μυστήριο του υδρογόνου: Ο κρυφός εχθρός της μπαταρίας

Γύρω μας όπου βρεθούμε και όπου σταθούμε θα βρούμε σίγουρα συσκευές που είναι εξοπλισμένες με επαναφορτιζόμενες μπαταρίες και αυτό μας έχει γίνει μια συνήθεια. Ωστόσο, παρά την ευκολία να επαναχρησιμοποιούμε τις συσκευές μας ξανά και ξανά με ενδιάμεσες φορτίσεις, οι μπαταρίες αυτών των συσκευών έχουν σχετικά μια μικρή διάρκεια ζωής. Μια νέα μελέτη εντόπισε το γιατί.

Πολλά πράγματα που έχουμε στο σπίτι μας, στην δουλειά μας ή κουβαλάμε διαρκώς επάνω μας ακόμη και εν κινήσει, όπως tablet, κινητά και PC, βασίζονται στην επαναφόρτιση των μπαταριών τους. Από τεχνικής ανάλυσης, ξέρουμε πως μέσα σε μια μπαταρία ιόντων λιθίου, δύο ηλεκτρόδια αποθηκεύουν ιόντα λιθίου, θετικά φορτισμένα στην άνοδο και αρνητικά φορτισμένα στην κάθοδο. Ένας ηλεκτρολύτης μέσα στην μπαταρία επιτρέπει στα ιόντα να μετακινηθούν από την άνοδο στην κάθοδο. Αυτή η κίνηση ξεκινά μια χημική αλυσίδα που οδηγεί στην απελευθέρωση ηλεκτρονίων που δημιουργούν φορτίο.

Αλλά μια νέα έρευνα από μια ομάδα στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ προτείνει ότι μαζί με τα ιόντα λιθίου, “οι ανεπιθύμητοι επιβάτες” μετακινούνται και αυτοί στην κάθοδο. Τα πρωτόνια και τα ηλεκτρόνια υδρογόνου αποσπώνται επίσης από τα μόρια στον ηλεκτρολύτη. Αυτά συσσωρεύονται στην κάθοδο, που σημαίνει ότι τα ιόντα λιθίου δεν είναι σε θέση να μεταφέρουν το φορτίο εξίσου αποτελεσματικά. Η ισχύς που αποθηκεύουν αυτές οι μπαταρίες διαβρώνεται με την πάροδο του χρόνου.

Αυτή η σταθερή διαρροή υδρογόνου προκαλείται από ένα σύνολο χημικών αντιδράσεων. Ο Gang Wan, ένας φυσικός και χημικός στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ, είπε στο Science News , “Ακόμα κι αν δεν χρησιμοποιείτε την μπαταρία, χάνει ενέργεια”.

Το υδρογόνο είναι ένα μικροσκοπικό, πάντα παρόν στοιχείο που είναι δύσκολο να εντοπιστεί. Για να αποκαλύψουν τον ρόλο που έπαιζε στις μπαταρίες που είχαν απενεργοποιηθεί, ο Wan και η ομάδα του έπρεπε να αντικαταστήσουν το υδρογόνο με μια παραλλαγή XXL. Αυτό είναι το δευτέριο, ένα ισότοπο υδρογόνου που συγκρατεί ένα νετρόνιο και ένα πρωτόνιο, σε σύγκριση με το μοναδικό πρωτόνιο του υδρογόνου.

Χρησιμοποιώντας την τεχνική ανάλυσης φασματομετρίας μάζας και απεικόνιση ακτίνων Χ, η ομάδα του Wan παρακολούθησε το δευτέριο καθώς κινούνταν μέσα στη μπαταρία. Αυτό έδειξε ότι το υδρογόνο ήταν η κινητήρια δύναμη στη μείωση του φορτίου της μπαταρίας.

Εν ολίγοις, αυτή η μελέτη ανοίγει έναν δρόμο για τη βελτίωση των μπαταριών στοχεύοντας τις ανεπιθύμητες χημικές αλλαγές που παράγουν αυτά τα μόρια υδρογόνου που διαρρέουν. Αλλά μπορεί επίσης να προκαλέσει κάποια ανησυχία στους σχεδιαστές μπαταριών. Η έρευνα του Wan υποδηλώνει ότι στην κούρσα για πιο ισχυρές μπαταρίες, οι μηχανικοί μπορεί να ενισχύουν την πιθανότητα οι κάθοδοι να πέφτουν σε χαλαρό υδρογόνο και να μειώνουν τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας.