Nový materiál má ohromnú vodivosť a prekonal všetko, čo vedci doteraz poznali o pohybe lítiových iónov v batériách
Vedci z Technickej univerzity v Mníchove vyvinuli nový materiál pre pevné batérie, ktorý prekonal svetový rekord v iónovej vodivosti a môže zásadne zmeniť vývoj bezpečných a výkonných batérií.
Vývoj batériových technológií sa neustále posúva vpred a jedným z najsľubnejších smerov sú už dlhšie tzv. pevné batérie (v angličtine doslovne solid-state). Tieto batérie ponúkajú výrazne vyššiu energetickú hustotu a bezpečnosť v porovnaní s tradičnými Li-ion článkami. Veľkou výhodou je, že nepoužívajú horľavé kvapalné elektrolyty.
Významný prelom teraz v tejto oblasti zaznamenal výskumný tím z Technickej univerzity v Mníchove (TUM) a výskumnej platformy TUMint.Energy Research. Vedcom sa podarilo vyvinúť nový materiál, ktorý umožňuje iónom lítia pohybovať sa o viac ako 30 % rýchlejšie než akýkoľvek doposiaľ známy materiál.
Tím bol vedený profesorom Thomasom Fässlerom z Katedry anorganickej chémie so zameraním na nové materiály. Tomu sa podarilo vytvoriť zloženie na báze lítia, antimónu a skandia. Kľúčovým krokom bolo čiastočné nahradenie lítia v zlúčenine lítium-antimón skandiom. Tým sa v kryštálovej mriežke vytvorili tzv. vakancie. Sú to prázdne miesta, ktoré uľahčujú a zrýchľujú pohyb lítiových iónov. Výsledkom bol nový svetový rekord v iónovej vodivosti.
Namerané hodnoty výrazne prekonali existujúce štandardy. Tím spolupracoval s Katedrou technickej elektrochémie pod vedením prof. Huberta Gasteigera. Tým sa výsledky podarilo nezávisle overiť. Tobias Kutsch, ktorý viedol validačné testy, upozornil, že nový materiál predstavoval poriadnu výzvu. To si vyžiadalo prispôsobenie meracích metód.
„Pretože materiál vedie aj elektrický prúd, predstavoval osobitnú výzvu a museli sme tomu prispôsobiť naše meracie metódy.“
Podľa prof. Fässlera má nový materiál veľký potenciál.
Neprehliadni
„Náš výsledok je významným pokrokom v základnom výskume. Ukázali sme nový princíp, ktorý môže slúžiť ako vzor pre ďalšie kombinácie prvkov.“
Výskumníci sú optimistickí. Avšak upozorňujú, že pred praktickým nasadením v batériových článkoch bude potrebných ešte veľmi veľa testov. Veľkou výhodou je aj to, že materiál vedie nielen ióny, ale aj elektróny. Táto vlastnosť je žiadaná najmä pri použití ako aditívum v elektródach.
Okrem rekordnej vodivosti nový materiál ponúka aj vysokú tepelnú stabilitu. Okrem toho, je možné ho vyrobiť pomocou zaužívaných chemických procesov. Tím si už podal patentovú prihlášku, čo na druhej strane môže byť problém pre rýchlejšie nasadenie do praxe.
Prekonali svetový rekord
Zásadný význam má aj fakt, že výskumníci objavili úplne novú triedu látok. Hlavná autorka štúdie Jingwen Jiang z TUMint.Energy Research uviedla, že koncept možno jednoducho preniesť aj na lítium-fosforové systémy. Predchádzajúci držiteľ rekordu viedol lítium-sírový materiál s až piatimi ďalšími prvkami, kým nový objav potrebuje iba jeden doplnkový – skandium.
Objav tak predstavuje nielen technologický, ale aj koncepčný prelom. Môže otvoriť dvere k efektívnejším a bezpečnejším batériám, ktoré budú mať širšie uplatnenie predovšetkým v elektromobilite a elektromobiloch. Taktiež z toho bude profitovať skladovanie energie či spotrebná elektronika. Výskum z TUM tak ukazuje, že aj malé úpravy na úrovni atómovej štruktúry môžu mať obrovský dopad na budúcnosť energetiky.
Komentáre