Nová solid-state batéria prekonáva výdržou všetky batérie na trhu a nabijete ju za pár minút
Výskumníci z Harvadskej univerzity vytvorili nový druh solid-state batérií, ktorý vyriešil jeden závažný nedostatok.
Výskumníci z Harvardskej univerzity vytvorili nový druh lítiovej batérie, ktorá má výdrž až 6-tisíc nabíjacích cyklov, čo je viac ako akákoľvek dnes dostupná lítiová batéria. Ďalšou výhodou je, že túto batériu možno nabiť do niekoľkých minút.
Batéria predstavená autormi nového výskumu sa radí k solid-state batériám, ktoré namiesto tekutého elektrolytu používajú pevný elektrolyt. Takáto batéria by mohla nájsť uplatnenie vo sfére elektromobilov, ktoré momentálne najviac trápi dojazd, dĺžka nabíjania a životnosť batérie.
“Lítiovo-kovové anódy sa považujú za svätý grál batérií, pretože majú desaťnásobnú kapacitu komerčných grafitových anód a mohli by drasticky zvýšiť dojazd elektrických automobilov,” tvrdí Xin Li, jeden z autorov štúdie.
Práca vedcov je obrovským krokom k praktickejším solid-state batériám, ktoré by mohli nájsť komerčné a priemyselné uplatnenie. Najväčším problémom pri navrhovaní solid-state batérií je formácia dendritov na povrchu anódy. Dendrity sú štruktúry pripomínajúce korene, ktoré “rastú” do elektrolytu a nakoniec prerazia bariéru oddeľujúcu anódu a katódu. To môže viesť ku skratu batérie alebo jej vzplanutiu.
Dendrity vznikajú, keď sa ióny lítia presúvajú z katódy na anódu počas nabíjania a následne sa pripevnia na povrch anódy. Tam vytvárajú nerovnomernú vrstvu podobajúcu sa na zubný povlak. Autori novej štúdie sa vytváraniu lepších batérií venujú už niekoľko rokov. Na konte majú už niekoľko zásluh. Napríklad v roku 2021 ponúkli jeden spôsob, ako sa možno zbaviť dendritov na batérií. Ich vtedajšie riešenie bolo navrhnúť niekoľkovrstvovú batériu, ktorá ako sendvič obsahovala materiály s odlišnou stabilitou medzi anódou a katódou. Táto metóda nezastavila formovanie dendritov, no kontrolovala, kde sa budú tvoriť.
Ďalší prelom vo sfére batérií
V novej štúdii výskumníci prinášajú spôsob, ako úplne zabrániť vzniku dendritov. Vo svojej práci popisujú použitie mikrónových kremíkových častíc na anóde, ktoré vedú k vytvoreniu rovnorodej vrstvy lítiového kovu. Batéria funguje tak, že keď sa nabíja a ióny lítia preskakujú z katódy na anódu, proces tvorenia povlaku je obmedzený na plytkú vrstvu. To spôsobuje, že sa ióny zachytia na povrch kremíkových častíc a nejdú ďalej.
Neprehliadnite
V solid-state batérii ióny lítia prechádzajú dynamickým procesom a nakoniec vytvárajú obal okolo kremíkového jadra. Takto obalené častice vytvoria homogénnu vrstvu, v ktorej je hustota prúdov rovnomerne distribuovaná. To bráni formácii dendritov. Zároveň vďaka tejto metóde výskumníci dosiahli to, že sa batéria dokáže plne nabiť len za 10 minút.
Autori štúdie následne batériu testovali v praktických podmienkach. Vytvorili model batérie o veľkosti poštovej známky. Zistili, že si táto batéria dokázala zachovať 80% svojej kapacity po 6-tisíc nabíjacích cykloch. Tým prekonala všetky batérie na trhu. Výskumníci už majú aj potrebné technológie na to, aby vyrobili batériu o veľkosti bežnej smartfónovej batérie.
Komentáre