Lítium-iónové batérie budú bezpečnejšie. Nová štúdia priniesla jasný model, ako ich spraviť odolnejšie voči požiaru a degradácii
Výskumníci pochopili, čo spôsobuje, že lítium-iónová batéria začne degradovať rýchlejšie.
Rýchlo nabíjacie lítium-iónové batérie nájdeme všade, od smartfónov a laptopov až po elektromobily. Sú všestranné a funkčné, no majú aj svoje nedostatky. Lítium-iónové batérie sa môžu napríklad prehriať a začať horieť.
Výskumníci z University of Wisconsin-Madison v prelomovej štúdii zistili, čo spôsobuje skrat lítium-iónových batérií a ich následný požiar. Ich počítačový model vysvetľuje proces, pri ktorom dochádza k hromadeniu metalického lítia na anóde batérie. To následne degraduje batériu rýchlejšie a zvyšuje riziko požiaru. Nový objav môže viesť k vývoju lítium-iónových batérií, ktoré sú bezpečnejšie a vydržia dlhšie.
“Mechanizmy, ktoré spôsobujú hromadenie lítia na anóde, neboli dobre pochopené. V rámci našej štúdie predstavujeme model, ktorý nám ukazuje hromadenie lítia na grafitovej anóde batérie. Odhalili sme komplexnú súhru procesov medzi transportom iónov a elektrochemickými reakciami, čo vedie k hromadeniu metalického lítia,” popisuje Weiyu Li, jedna z autorov štúdie.
Použitím nového modelu dokázali výskumníci popísať vzťahy medzi kľúčovými faktormi, napríklad podmienkami počas fungovania batérie, vlastnosťami použitých materiálov, či začiatkom hromadenia sa lítia na anóde. Vytvorili diagram, ktorý dokáže jasne a pochopiteľne výskumníkom odhaliť stratégie, ktoré vedú k obmedzeniu hromadenia lítia na anóde. Iní výskumníci môžu výsledky tohto výskumu použiť bez toho, aby museli vykonávať nejaké dodatočné simulácie.
Jednoduchšie povedané, model, ktorý výskumníci predstavili v rámci tejto štúdie, ponúka návod, ako navrhnúť čo najlepšie materiály pre lítium-iónové batérie. K tomu model ponúka aj najlepšie nabíjacie protokoly, vďaka ktorým môžeme predĺžiť životnosť lítium-iónových batérií. Zároveň výskumníci budú pokračovať v skúmaní hromadenia metalického lítia aj v ďalších podmienkach. Zamerajú sa na odlišné faktory a prinesú jasnejší pohľad na tento fenomén.
V budúcnosti by mohli výskumníci vytvoriť aj model, ktorý bude popisovať mechanické faktory, napríklad námahu, ktorá vzniká operáciou batérie.
Neprehliadni
Batérie novej generácie
Lítium-iónové batérie sú najpoužívanejším typom batérií na trhu. Zvýšiť ich životnosť a bezpečnosť môže priniesť zlepšenia vo viacerých smeroch, no výskumníci zároveň skúmajú aj odlišné typy batérií. Jedným zo študovaných tipov sú solid-state batérie. Spoločnosť ION Storage Systems nedávno predstavila prvú úspešne vytvorenú viacvrstvovú keramickú solid-state batériu. Komerčná poloautomatizovaná produkcia tejto batérie predstavuje najnovší míľnik na ceste ku komercializácii tejto technológie.
Solid-state batérie sa líšia od bežne používaných lítium-iónových batérií tým, že namiesto tekutého elektrolytu používajú pevný elektrolyt. Sú teda bezpečnejšie a v prípade tejto konkrétnej batérie dokázali výskumníci zväčšiť kapacitu batérie až o 25-násobok. Počas testov sa životnosť batérie udržala vo vynikajúcom stave aj po tisíc nabíjacích cykloch.
Výskumníci postupom času prešli z jednovrstvového solid-state prototypu na viacvrstvové batériové články, ktoré sa môžu ukladať na seba. Zároveň treba spomenúť, že viacvrstvovú solid-state batériu výskumníci vyrobili s pomocou poloautomatizovanej linky a vybavenia, ktoré sa podobá na vybavenie pri výrobe typických lítium-iónových batérií.
Nová batéria by mohla nájsť široké spektrum uplatnenia, od priemyslu až po využitie spotrebiteľmi. Nová viacvrstvová keramická solid-state batéria ponúka výrazne vyššiu energetickú hustotu ako lítium-iónové batérie. V rámci výrobného procesu našli vedci spôsob, ako sa vyhnúť komplexnej kompresii batérie alebo použitiu zložitých chladiacich systémov.
Ďalším revolučným konceptom môže byť jadrová batéria. Táto technológia by mohla znamenať, že smartfón budeš musieť nabíjať len raz za niekoľko desaťročí. Jadrová batéria síce znie nebezpečne, no nemusíš sa obávať, nový koncept je naozaj mimoriadne bezpečný.
Nový koncept je mimoriadne jednoduchý a priamočiary. V testoch sa ukázalo, že by takáto jadrová batéria dokázala udržať zariadenie nabité veľmi dlho, ako sme spomenuli, pravdepodobne aj celé dekády. Koncept jadrovej batérie je mimoriadne zaujímavý a viac sa o ňom dozvieš aj v našom článku.
Komentáre