Litij-ionske baterije se s vremenom prazne, čak i ako ih ne koristite, a zašto se to događa. Elektrode ovih baterija pričvršćene su običnom PET trakom. Međutim, kada se baterija zagrije, ova uobičajena plastika razgrađuje se u dimetil tereftalat (DMT) – a ta se molekula ponaša poput elektrokemijskog shuttlea i prazni bateriju.
Litij-ionske baterije su sveprisutne, svi ih koriste, od mobitela do automobila, ali nisu savršene: nakon dulje upotrebe, naslage litija dovode do postupnog gubitka učinkovitosti, a ako se pregriju, litijeve baterije mogu čak eksplodirati. Čak i ako se ne koriste, gube energiju i to je još jedan od problema.
Znanstvenici već dugo sumnjaju da je za ovo samopražnjenje kriv takozvani redoks shuttle, odnosno elektrokemijski aktivna molekula koja se reducira na katodi baterije i pritom apsorbira elektron. Zatim migrira na anodu i tamo se ponovno oksidira otpuštanjem elektrona.
– Za svaki elektron koji se na ovaj način transportira od negativne do pozitivne elektrode, litijev ion se također tamo pomiče i tako uzrokuje samopražnjenje – objašnjavaju Sebastian Buechele sa Sveučilišta Dalhousie u Halifaxu (Kanada). Koja molekula stoji iza te aktivnosti? Buechele i njegov tim pažljivo su ispitali različite vrste litij-ionskih baterija, uključujući NMC baterije ugrađene u električne automobile, prijenosna računala i druge mobilne uređaje. Da bi to učinili, izložili su baterije različitim temperaturama, rastavili ih i provjerili njihov kemijski sastav i elektrokemijsko ponašanje pojedinačnih komponenti.
– Prema našim eksperimentima, samo se dimetil tereftalat (DMT) može smatrati potencijalnim redoks prijenosnikom u elektrolitima – kaže Buechele.
Ovaj organski spoj s benzenskim prstenom dio je plastičnog PET-a (polietilen tereftalata). Molekula shuttlea koja krade naboj stoga je sastavni dio plastike koja se nalazi u plastičnim bocama i bezbrojnim svakodnevnim predmetima. Kako ta plastika završava u litij-ionskim baterijama? PET plastika nije dio aktivnih komponenti baterije, ali u baterijskim ćelijama koristi se ljepljiva traka za držanje čvrsto zamotanih slojeva elektroda, a ta je traka napravljena od PET plastike. Kemijska razgradnja ove vrpce stvara molekulu redoks shuttlea. Obična ljepljiva traka stoga je kriva što se litij-ionske baterije s vremenom same isprazne. Čim se baterija malo zagrije, počinju kemijske reakcije koje napadaju plastiku i razgrađuju je na osnovne jedinice. Oslobođeni dimetil tereftalat tada postaje elektrokemijski šatl koji postupno prazni bateriju.
Reakcija se događa i kada baterije nisu aktivne. S ovim otkrićem znanstvenici su još korak bliže optimalnom radu baterije.
