Máme na dosah prelomovú batériu. Je lacná na výrobu a má veľkú kapacitu
Výskumníci predstavili katódu, ktorá by mohla spôsobiť revolúciu vo svete lítium-iónových batérií. Má niekoľko skvelých vlastností.
Výskumníci z inštitútu MIT vytvorili nový typ materiálu, vďaka ktorému by mohli svetu priniesť batérie novej generácie. Nový materiál pochádza z takzvanej neusporiadanej kamennej soli.
Túto látku výskumníci študujú už posledných 10 rokov a uvažovali o nej ako o materiáli, ktorý by sa mohol využiť v katóde batérie v prípade lítium-iónových batérií. Použitie neusporiadanej kamennej soli by výskumníkom umožnilo vytvoriť lacnú batériu s veľkou kapacitou. Tú by sme vedeli následne využiť v rôznych elektronických zariadeniach, od smartfónov až po elektromobily.
V rámci práce výskumníci skúmali novú triedu soli, takzvanú čiastočne neusporiadanú kamennú soľ s integrovanými polyaniónmi. Tento materiál označili ako DRXPS a vysvetľujú, že ponúka mimoriadne veľkú energetickú hustotu s výrazne vylepšenou stabilitou pri nabíjacích cykloch.
“Vo väčšine prípadov si musíme pri navrhovaní katód vybrať, či chceme väčšiu energetickú hustotu alebo lepšiu stabilitu pri nabíjacích cykloch. Naša práca má za cieľ posunúť hranice batériových vied tým, že navrhneme nové chemické zloženia katód. V rámci štúdie sme skúmali triedu materiálov, ktoré majú vysokú energetickú hustotu a dobrú stabilitu počas nabíjacích cyklov. To sme dosiahli tým, že sme spojili dva hlavné typy materiálov pre katódy, kamennú soľ a polyanionický olivín,” vysvetľuje jeden z autorov štúdie, Yimeng Huang.
Materiál, ktorý môže zmeniť lítium-iónové batérie
Nová katóda DRXPS sa skladá primárne z mangánu, čo je materiál, ktorého je na svete dostatok a je oveľa lacnejší ako bežne využívaný nikel alebo kobalt. Výskumníci hovoria, že mangán je lacnejší o približne 5-násobok. Zároveň veria, že mangán je kľúčom k vytvoreniu batérií s vyššou energetickou hustotou.
V praxi by nová batéria mohla pomôcť svetu prejsť na obnoviteľné zdroje. Momentálne nám totiž chýba spoľahlivý a efektívny spôsob, ako by sme mohli prejsť na veternú alebo solárnu energiu. Obnoviteľné zdroje dokážu vytvoriť elektrinu, no ich výkon závisí od poveternostných podmienok. Pri veternej energii ide hlavne o silu vetra, pri solárnej energii zas oblačnosť alebo či je deň alebo noc.
Neprehliadni
Aby sme sa mohli na obnoviteľné zdroje spoľahnúť, potrebujeme batérie s veľkou kapacitou, ktoré by mohli ukladať energiu získanú z obnoviteľných zdrojov. Autori štúdie priniesli vo svojej práci presne takú technológiu.
“Batérie sú mimoriadne dôležité, ak hovoríme o čoraz závažnejšom probléme obnoviteľnej energie a globálneho otepľovania. Batérie by nám dovolili ukladať nadbytočnú energiu, ktorú by sme do elektrickej siete pustili počas pokojnejších dní alebo počas noci, keď obnoviteľné zdroje neposkytujú až tak veľa elektriny,” tvrdia výskumníci.
Vedci budú vylepšovať vlastnosti batérie
Hlavnou inováciou tejto batérie je, že výskumníci pridali presne to správne množstvo fosforu do katódy. Fosfor vytvoril so susediacimi atómami kyslíku polyaniónovú štruktúru. To im dovolili zastaviť transport kyslíka kvôli silnej kovalentnej väzbe medzi fosforom a kyslíkom. V praxi to znamená, že vedci dokázali využiť kapacitu kyslíka a pritom batérii poskytli aj dobrú stabilitu. Autori štúdie hovoria, že nový katódový materiál môže transformovať priemysel lítium-iónových batérií, no ešte nie je dobojované. Výskumníci majú stále pred sebou niekoľko možných ciest, ako svoju technológiu ešte viac vylepšiť.
Jedným z problémov je napríklad to, že kamenná soľ nie je dobrý vodič. Aby tento problém obišli, výskumníci pridali do katódy veľké množstvo uhlíka. Veria ale, že v budúcnosti môžu znížiť obsah uhlíka bez toho, aby obetovali výkon batérie. Ďalším spôsobom, ako by mohli výskumníci zvýšiť energetickú hustotu batérie je vytvoriť hrubé elektródy.
Výskumníci v štúdii predstavili nové materiál DRXPS pre katódy, no ich práca sa ešte len začína. V ďalších krokoch sa lepšie pozrú na to, ako by mohli tento materiál ešte viac vylepšiť.
Komentáre