Pozrite si
Batérie s pevným elektrolytom (SSB) vyvíja mnoho firiem po celom svete, pretože budú bezpečné z požiarneho hľadiska a poskytnú podstatne vyššiu kapacitu ako batérie s tekutým, alebo gélovým elektrolytom. Výskumníci z Harvardskej univerzity vyvinuli novú SSB batériu Li-metal, ktorú možno dobiť za 10 minút.
Batéria, ktorá je výsledkom práce vedcov na Harvardskej škole inžinierstva a aplikovaných vied Johna A. Paulsona (SEAS) zvládne navyše najmenej 6 000 nabíjacích cyklov. To znamená pri použití v elektromobile prakticky „večnosť“ v podobe rádovo troch miliónov najazdených kilometrov. Pri smartfóne by ste pri každodennom nabíjaní dosiahli tento počet nabíjacích cyklov za viac ako 16 rokov. Lenže v roku 2040 budú zrejme aj siete 6G už pomaly výbehovou technológiou.
Obsah pokračuje pod reklamou
Výskum publikovaný v Nature Materials popisuje nový spôsob výroby pevných batérií s lítiovou kovovou anódou. Xin Li, docent materiálovej vedy v SEAS a hlavný autor článku, uviedol, že kovové anódy v batériách Li-metal sú považované za svätý grál batérií, pretože majú desaťkrát väčšiu kapacitu ako komerčné grafitové anódy. Mohli by drasticky predĺžiť dojazd elektromobilov, ale aj výdrž ďalších zariadení s elektropohonom, od lietadiel, po humanoidné roboty.
Jednou z najväčších výziev pri navrhovaní SSB batérií je tvorba dendritov na povrchu anódy. Dendrity sú mikroskopické vlákna (v tomto prípade z lítia), ktoré sa vytvárajú na anódach počas nabíjacieho procesu. Môžu sa rozširovať až prerazia bariéru (separátor), ktorá oddeľuje anódu a katódu a spôsobia skrat, ktorý môže vyvolať aj požiar batérie. Následky dobre poznajú výrobcovia mobilov, aj elektrických vozidiel.
Vedúci výskumu na SEAS Xin Li
Po vybití je potrebné tento nános podobný zubnému povlaku odstrániť z anódy, a keď je pokovovanie nerovnomerné, proces odizolovania môže byť pomalý. Môže vytvoriť nerovnosti, ktoré vyvolávajú ešte nehomogénnejšie pokovovanie v ďalšom cykle.
Vedci z Harvardu v roku 2021 navrhli viacvrstvovú „sendvičovú“ batériu, ktorá vložila medzi anódu a katódu rôzne materiály s rôznou stabilitou. Tým sa zabránilo prenikaniu dendritov lítia ich zadržiavaním, ale nezastavilo ich to úplne.
Výskumníci sa však nevzdali a v najnovšom výskume zabrzdili tvorbu dendritov pomocou mikrónových častíc kremíka v anóde. Tým dosiahli zúženie lítiovej reakcie a uľahčenie homogénneho pokovovania hrubej vrstvy lítiového kovu. Keď sa lítiové ióny počas nabíjania pohybujú z katódy na anódu, lítiačná reakcia je zúžená na plytkom povrchu, ióny sa prichytia k povrchu kremíkovej častice, ale nepreniknú ďalej.
Xin Li to prirovnáva ku škrupine z tvrdej čokolády okolo jadra lieskových orieškov v obľúbenej čokoládovej pochúťke. Keďže k pokovovaniu a odizolovaniu môže dôjsť na rovnom povrchu rýchlo, batéria sa môže nabiť za približne 10 minút.
Výskumníci zatiaľ vytvorili verziu batérie veľkosti poštovej známky, čo je podstatne väčší exemplár, ako pri väčšine laboratórnych verzií. SSB batéria si po 6 000 cykloch zachovala 80 % svojej kapacity, čím prekonala ostatné kompaktné batérie na dnešnom trhu.
Treba pripustiť, že nová batéria na trhu zďaleka nie je, ale môže sa to čoskoro zmeniť. Harvard Office of Technology Development udelil licenciu na technológiu spoločnosti Adden Energy. Túto harvardskú spinoff spoločnosť spoločne založili Xin Li a traja absolventi Harvardu. Adden Energy vylepšila technológiu na vytvorenie vreckovej batérie o veľkosti potrebnej pre smartfóny, takže jej komerčné využitie by nemuselo byť príliš vzdialené.