Menšie, ľahšie a bezpečnejšie batérie: Vedci z MIT odhaľujú tajomstvo, ktoré vedcom unikalo roky!
Kompaktné batérie neboli v minulosti praktickým riešením kvôli problému, ktorý sa nedarilo vedcom riešiť.
Vedci z technologického inštitútu MIT vo svojom výskume našli cestu k dizajnu, ktorý by mohol v konečnom bode viesť k ľahším, kompaktnejším a bezpečnejším lítium-iónovým batériám. Ide o niečo, čo sa už niekoľko rokov pokúšajú dosiahnuť laboratóriá po celom svete, informuje Eurekalert.
Kľúčom k novému dizajnu batérie je výmena tekutého elektrolytu oveľa tenšou a ľahšou vrstvou pevného keramického materiálu a náhrada jednej elektródy pevným lítiovým kovom. Táto kombinácia by znížila veľkosť a váhu batérie. Zároveň by sa odstránili bezpečnostné riziká, ktoré sa spájajú s tekutými elektrolytmi. Ich hlavnou nevýhodou je horľavosť.
Problém, ktorému výskumníci čelili sú dentrity, alebo inak materiál, ktorý sa nahromadí na povrchu lítia a dokáže sa dostať do pevného elektrolytu. Postupne sa dokáže dostať z jednej elektródy na druhú a skratovať celý článok. Ide o štruktúry pripomínajúce konáre a vedci zatiaľ nedokážu povedať, prečo sa v batérii objavujú. Doteraz nevedeli ani ako im zabrániť, preto neboli menšie batérie praktickou možnosťou.
Neškodné dendrity
Vedci z technologického inštitútu MIT však prišli na to, čo vedie k tvorbe dendritov. Vo svojej práci zároveň demonštrujú, ako môžu zabrániť dendritom prejsť elektrolytom. Ich objav opisujú ako prekvapivý a neočakávaný. Zistili, že pevným elektrolytom dokáže prejsť lítium, ktoré sa považuje za mäkký kov. Ten elektrolytom prechádza počas nabíjania a vybíjania batérie, keď ióny lítia prechádzajú medzi dvoma stranami.
Prechádzanie iónov spôsobuje zmenu v objeme elektród, čo naopak vynakladá stres na pevný elektrolyt, ktorý musí ostať v kontakte s obidvom elektródami. Tento stres spôsobuje praskliny, v ktorých sa môžu tvoriť dendrity. Lenže ako tomu zabrániť? Odpoveďou je prekvapivo stres, no z iného smeru a vedci musia použiť správny pomer sily.
Neprehliadnite
Predchádzajúce výskumy predpokladali, že dendrity vznikajú elektrochemickým procesom, nie mechanickým. Nová štúdia demonštruje, že opak je v tomto prípade pravdou. Proces vzniku dendritov obvykle prebieha v nepriehľadných materiáloch batériového článku, čiže ho vedci nedokážu pozorovať priamo.
Autori štúdie preto našli spôsob, ako použiť transparentný elektrolyt. To im umožnilo sledovať celý proces. Aplikovanie sily síce vzniku dendritov nezabráni, no vedci dokázali kontrolovať smer ich rastu. Dokázali ich naviesť súbežne s elektródami, dendrity teda neprešli na druhú stranu a tým pádom boli neškodné.
Potrebný stres sa v praktickom využití môže uplatniť rôznymi spôsobmi. Jedným je použitie dvoch vrstiev materiálu s odlišnou teplotnou rozťažnosťou, čo povedie k ohnutiu materiálu, ako v niektorých termostatoch.
Tento objav by mohol viesť k výrobe kompaktných batérií. Nielen že by mohli takéto zariadenia poskytnúť viac energie, no zároveň by sa vedci vyhli používaniu tekutých elektrolytov, ktoré sú horľavé.
Komentáre