Vedci našli spôsob ako vyriešiť najväčší problém all-solid-state batérií

V posledných rokoch sa svet energetiky zameral na vyvinutie batérií, ktoré sú nielen ekologickejšie, ale aj výkonné a dlhodobo udržateľné. Tradičné batérie, ako napríklad lítium-iónové (Li-ion), sú  bežne používané, ale stále majú svoje obmedzenia.

Najväčšou výzvou je ich bezpečnosť, dlhodobá životnosť a efektívnosť nabíjania. Na túto výzvu sa snažia odpovedať all-solid-state batérie(ASSB), ktoré využívajú pevné elektrolyty namiesto tradičných tekutých. Vďaka tomu sú nielen bezpečnejšie, ale tiež ponúkajú vyššiu hustotu energie. Tieto batérie by mohli byť kľúčom k zlepšeniu elektroniky, ako aj k rozvoju udržateľných zdrojov energie.

Jedným z najdôležitejších komponentov, ktorý zohráva kľúčovú úlohu pri výkone ASSB, je katóda. Tento materiál sa stará o uchovávanie a uvoľňovanie lítiových iónov počas nabíjania a vybíjania batérie. Výskum ukazuje, že katódy s vysokým obsahom niklu (Ni) sú veľmi sľubné pre zvýšenie kapacity a dlhodobej životnosti batérií. Avšak, aj tieto katódy majú svoje obmedzenia.

Problémy s degradáciou kapacity

Jeden z hlavných problémov, ktorému čelí vývoj ASSB, je takzvaná degradácia kapacity, ktorá nastáva počas mnohonásobného nabíjania a vybíjania batérie. Tento proces je spôsobený chemickými reakciami na rozhraní medzi katódou a elektrolytom, čo vedie k poškodeniu materiálov a zníženiu ich výkonnosti. K tomu prichádza aj rozťahovanie a zmršťovanie katódových častíc, čo môže spôsobiť ich disintegráciu a oddelenie od elektrolytu.

Výskumníci z univerzity Hanyang v Južnej Kórei sa rozhodli túto problematiku preskúmať podrobnejšie. Ich cieľom bolo zistiť, ako vysoký obsah niklu v katódových materiáloch ovplyvňuje degradáciu ASSB. Vo svojej štúdii, ktorá bola publikovaná v časopise Nature Energy, objavili, že rozklad kapacity batérie je najviac ovplyvnený degradáciou povrchu na rozhraní medzi katódou a elektrolytom, najmä keď obsah niklu dosahuje 80 %. Keď sa však obsah niklu zvýši nad 85%, začnú zohrávať významnejšiu úlohu aj problémy s oddelením častíc a izolačným efektom vo vnútri katódy.

Súvisí s tým

Raz za generácie: Českí vedci našli organizmus z novej vetvy života

#New Ni-rich cathodes for all-solid-state batteries show promise in enhancing energy density and safety. Innovations reduce #Capacity fading, potentially boosting battery performance and lifespan. @NatureEnergyJnl https://t.co/tYHBetI7S1 https://t.co/G4ycMS66Ig

— TechXplore (@TechXplore_com) March 5, 2025

Nový prístup k materiálom

Na základe týchto zistení sa vedci rozhodli upraviť štruktúru a morfológiu katód, aby zmiernili tieto problémy. Vytvorili nový typ Ni-bohatých katód, ktorý má stĺpkovité štruktúry. Tieto štruktúry sa ukázali byť účinné pri znižovaní oddelenia častíc od katódy a zlepšovaní celkovej výkonnosti batérie. Po 300 nabíjacích cykloch sa tieto nové katódy dokázali udržať na úrovni 80,2% svojej počiatočnej kapacity, čo je výrazne lepší výkon v porovnaní s predchádzajúcimi technológiami.

Význam pre budúcnosť

Tento nový výskum je dôležitým krokom k tomu, aby sa all-solid-state batérie stali komerčne životaschopnými a široko používanými. Zlepšenie výkonnosti katódových materiálov je kľúčové nielen pre batérie v elektronike, ale aj pre elektrické vozidlá a obnoviteľné energetické systémy. Nové katódy s vysokým obsahom niklu by mohli prispieť k zlepšeniu dojazdu elektrických vozidiel, čím by sa znížila závislosť na fosílnych palivách a zlepšila celková udržateľnosť.

V súčasnosti prebieha množstvo výskumných projektov zameraných na zlepšenie vlastností ASSB. S každým novým objavom sa dostávame o krok bližšie k technologickým inováciám, ktoré môžu zmeniť našu každodennú energetickú spotrebu. Tento výskum je dôkazom, že cesta k lepším a bezpečnejším batériám sa postupne stáva realitou, ktorá nám prinesie lepší a udržateľnejší svet.