ТЕЛЕФОН НА ПУЊАЧУ БЕЗ СТРАХА ОД ПОЖАРА Четири научнице са новосадског ПМФ-а на задатку термичке стабилизације литијум-јонских батерија

Циљ овог пројекта, подржаног кроз програм „Промис” Фонда за науку Републике Србије, у основи је да се иновативним приступом побољша ефикасност литијум-јонских батерија, али и њихова безбедност.

Идеја је, наиме, да се развију нови, сигурнији и исплативији адитиви, који ће побољшати техничку стабилност и одржати перформанце електролита унутар литијум-јонске батерије.

- Литијум-јонске батерије сападају у ред најперспективнијих уређаја за складиштење електричне енергије. А колико су нам потребне, потврђује чињеница да ми данашњицу не можемо да замислимо без портабилних електричних уређаја као што су мобилни телефони, лаптоп рачунари, паметни сатови, дронови, електрични аутомобили - каже за „Дневник” др Снежана Паповић, доценткиња на ПМФ-у и руководилац СафеЛи пројекта. - Поред свега доброг што носе, о чему свакодневно сведочимо, ове батерије имају и мане, односно постоје осетљивости њиховог коришћења, на шта указују бројна истраживања свуда у свету. А те мане првенствено потичу од електролита, који се налази унутар литијум-јонских батерија.

Суштина је наиме у томе да се у батерији налазе течни елетролити са ниском температуром кључања, што доприноси повећању њихове запаљивости. И зато је мотив истраживачког тима ПМФ-а, а уз др Снежану Паповић у њему су асистенткиња др Јована Панић, те истраживачи-сарадници Теона Теодора Боровић и Николет Цако Багањ, да кроз хемизам управо унапреди својства електролита и батерије учине безбеднијим али и ефикаснијим.

- Ми смо установили, у досадашњим истраживањима, да је термичка нестабилност литијум-јонских батерија проузрокована запаљивошћу до сада коришћених органских електролита- наводи др Снежана Паповић. - С друге стране, коришћени електролит мора да у свом саставу садржи извесни мултифункционални адитив, који треба да заштити аноду и катоду, али и да допринесе бољем складиштењу јона литијума и генерално бољој њиховој покретљивости од аноде до катоде. Таквих адитива нема много и ту смо видели простор да неке своје идеје спроведемо у дело. То планирамо да урадимо кроз три фазе истраживања, које подразумевају молекулско моделовање преко рачунарских симулација, коришћење вештачке интелигенције, односно машинског учења, те неизоставан експериментални рад у лабораторији.

Дакле, темељ СафеЛи пројекта је синтетисање нових адитива. Први корак је било коришћење хемијске научне интуиције, односно фокусирање на одређене структурне елементе, функционалне групе... које могу да допринесу термичкој стабилности електролита. На том пољу су постигнути одређени искораци, и онда су они имплементирани у почетну базу података, коју при томе СафеЛи тим не прави само на основу властитих, већ свих блиских истраживања која се могу наћи у доступној научној литератури. Циљ је да се на темељу свих тих података уз помоћ вештачке интелигенције истренира алгоритам машинског учења тако да он на крају даје смернице шта би од потенцијалних добитних хемијских комбинација ваљало синтетисати.

- Нове адитиве синтетишемо у лабораторији, при чему се трудимо да синтезе буду иновативне, али и економски исплативе, да буду одрживе, те да новосинтетисана једињења имају и физички и хемијски и електрохемијски смисао - објашњава др Паповић. - После синтезе и карактеризације новог адитива, ми га инсертујемо у малом проценту, од један  до пет одсто, у комерцијални електролит. У овој фази истраживања неопходно је да буде комерцијални електролит јер желимо да наше резултате поредимо са комерцијалним литијум-јонским батеријама, да видимо да ли смо направили неки помак.

У следећем кораку се прате сви важни параметри, од електричне проводљивости до термичке гравиметрије , и то у широком опсегу температура, јер се и саме батерије користе у истом таквом температурном опсегу.  Сви добијени резултати се поново убацују у базу података, чиме се добијају нови важни инпути за даље тренирање алгоритма и нове смернице за нове синтезе адитива...

- Све то ипак не би имало много смисла ако се не би конкретно имплементирало у батеријску ћелију, која подразумева комерцијални анодни и катодни материјал као и комерцијални електролит у који смо додали наш новосинтетисани адитив, онај који се показао најбољи на основу свих контролисаних параметара - каже др Сања Паповић. - Тада смо у могућности да видимо и колико добро циклира батерија -  колико брзо се испразни, колико брзо напуни, како се понаша у самом раду... Управо то симулирамо галваностатским пуњењем и пражњењем при различитим струјним брзинама, како бисмо видели да ли и у којој мери долази до побољшања рада батерије. Јер, поред тога што ће наш адитив учинити електролит термички стабилнијим, он с друге стране не сме да наруши електрохемијске перформансе, јер је циљ да генерално батерија боље функционише.

Научни допринос СафеЛи пројекта  огледа се у томе да се, захваљујући комбиновању вештачке интелигенције, односно машинског учења и класичне лабораторијске синтезе, може утабати пут бржој синтези адитива којима се побољшавају перформансе комерцијалног елетролита и самим тим самих литијум-јонских батерија. Истовремено, пројекат је осмишљен и тако да буде адаптабилан, односно да се не односи само на  литијум-јонске батерије, већ и за било које будуће метал-јонске батерије, које би се у годинама које долазе могле развијати.

Мирослав Стајић