Prijava
Baterije z višjo energijsko gostoto nam bodo poleg udobne uporabe električnih vozil omogočale tudi potovanja na daljše razdalje z električnimi letali.
Prva objava Kemijskega inštituta 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 vrhunski reviji Science – eni izmed dveh najmočnejših znanstvenih revij na svetu- in potrjuje vodilno vlogo Laboratorija za kemijo materialov na področju raziskav sodobnih baterijskih sistemov. Raziskava je prav danes ugledala luč sveta in je rezultat skupnega dela Kemijskega inšitita in College de France iz Pariza v sodelovanju s partnerji iz Evrope. Rezultati predstavljajo pomemben korak za prehod v družbo, ki bo neodvisna od fosilnih goriv. Baterije z višjo energijsko gostoto nam ne bodo omogočale samo udobne uporabe elektrilčnih vozil, temveč tudi potovanja na daljše razdalje z električnimi letali.
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 materialov 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.
Povezava na prispevek: https://www.sciencemag.org/content/350/6267/1516.full
Laboratorij za kemijo materialov
Delo v Laboratoriju za kemijo materialov pod vodstvom prof. dr. Mirana Gaberščka 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.
Pomen dosežka za celotno družbo
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. Članek 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. Dejstvo je, da ravno transport povzroča velik delež emisij CO2.
Pomen za gospodarstvo
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.
Pomen za znanost
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.
