Veda a výskum

Pevné batérie sú bezpečnejšie, no majú jednu nevýhodu: Výskum prišiel na to, čo vedie k ich eventuálnemu skratu

Vedci veria, že pevné batérie by mohli nahradiť tradičné lítium-iónové batérie. Majú však svoje nevýhody, ktoré treba odstrániť.

Takzvané „pevné batérie“ sú vrcholom výskumu batérií. Oproti tradičným batériám nemajú pevné jadro, čo so sebou prináša veľa výhod. Takéto batérie sú bezpečnejšie a môžu sa vyrábať aj v menších veľkostiach. V rámci nového výskumu vedci z technologického inštitútu Maxa Plancka študovali životnosť týchto typov batérií a skúmali rôzne procesy, ktoré ju skracujú. V rámci práce tak dláždia cestu k trvácnejším pevným batériám.

Moderné lítium-iónové batérie sú citlivé na mechanický stres, vysvetľujú vedci. Veria, že pevné batérie môžu byť vhodnou alternatívou, pretože už neobsahujú tekuté jadro – elektrolyt. Namiesto neho majú pevný materiál a práve vďaka nemu sú robustnejšie, ľahšie sa miniaturizujú a nie sú až tak náchylné na zmeny teplôt.

Odoberajte Vosveteit.sk cez Telegram a prihláste sa k odberu správ

Nevýhoda pevných batérií

Neznamená to ale, že sú ideálnou náhradou. Pevné batérie prichádzajú so svojimi vlastnými nevýhodami už po niekoľkých nabíjacích cykloch. Spočiatku je síce anóda a katóda rozdelená, no postupne sa tieto dva póly spájajú internými procesmi batérie. Vznikajú „lítiové dendrity“, ktoré pomaly rastú s každým nabíjaním. V konečnom dôsledku sa spoja, batéria skratuje a umiera. Vedci zatiaľ nedokážu plne pochopiť presné fyzikálne procesy, ktoré tu hrajú úlohu.

V rámci novej štúdie sa však vedci z inštitútu Maxa Plancka pozreli na tento dej pomocou špeciálnej mikroskopickej metódy. Ich úlohou bolo popísať, kde začínajú lítiové dentdrity rásť. Proces prirovnávajú k jaskyni, v ktorej zo stropu rastú stalaktity a zo zeme vystupujú stalagmity, až kým sa postupom prirodzených procesov nespoja do stalagnátov.

Ak sa však pozrieme na batériu, žiadny vrch a spodok prakticky neexistuje. Vedci preto zisťovali, či dendrity rastú z negatívneho do pozitívneho pólu alebo naopak. Keď vzniká pevná vrstva týchto batérií, formujú sa „zrná“ a hranica medzi nimi predstavuje región, kde vedci hľadali odpovede. Atómy v kryštáloch keramickej vrstvy existujú v pravidelnej štruktúre, no kvôli náhodným fluktuáciám sa objavuje štruktúra, v ktorej sa atómy usporiadajú nepravidelne. Tú označujú ako hranicu medzi zrnami.

Trvácnejšie pevné batérie

Táto hranica sa stáva viditeľnou ak použijeme špeciálny druh mikroskopického pozorovania. Pomocou tejto metódy si všimli, že sa elektróny hromadia pozdĺž hranice, obzvlášť pri negatívnom póle. Na základe toho tvrdia, že hranica mení nielen usporiadanie atómov v keramickej vrstve, ale aj jej elektronickú štruktúru.

Keďže dochádza k hromadeniu elektrónov, teda negatívne nabitých častíc, pozitívne ióny sa môžu počas prechádzania vrstvou meniť na kovové lítium. Znamená to, že pri tejto zmene dochádza k vytváraniu depozitov lítia a dendritov. Pri opakovaní nabíjacieho procesu dendrity rastú do momentu, kedy sa póly batérie prepoja.

V rámci štúdie si vedci všimli, že k formácií dendritov dochádza len pri negatívnom póle, nie pri pozitívnom. Autori veria, že vďaka lepšiemu pochopeniu tohto procesu budú môcť vytvoriť efektívne metódy, ktoré by zabránili formácií dendritov a predĺžili životnosť pevných batérií. Tie by vďaka tomu mohli nájsť v budúcnosti širšie uplatnenie.

Prihláste sa k odberu správ z Vosveteit.sk cez Google správy
Tagy
Zobraziť komentáre
Close
Close