Prelom v oblasti batérií je na spadnutie. Nový typ lítium-kovovej batérie sľubuje dvojnásobnú výdrž
Nová inovatívna batéria sľubuje väčší výkon a menší dopad na životné prostredie. Elektromobil alebo smartfón by ti vydržal dlhšie.
Výskumníci z inštitútu ETH Zurich veria, že takzvané lítium-kovové batérie predstavujú najlepšiu možnosť ako na trh priniesť batérie s oveľa väčšou kapacitou.
Lítium-kovové batérie dokážu uskladniť dvojnásobné množstvo energie ako lítium-iónové batérie, ktoré sa dnes používajú vo väčšine elektronických zariadení. V praxi to znamená, že vďaka lítium-kovovým batériám nemusíš smartfón nabíjať až tak dlho alebo s elektromobilom zájdeš na jedno nabitie dvakrát tak ďaleko.
Tieto batérie však ešte nie sú dokonalé. Ich hlavnou nevýhodou je, že do elektrolytu musia výskumníci stále pridávať výrazné množstvo fluórovaných rozpúšťadiel a fluórovaných solí, čo má dopad na životné prostredie. Bez fluóru by však lítium-kovové batérie neboli stabilné a prestali by pracovať po pár nabíjacích cykloch. Zároveň existuje aj vysoké riziko prehrievania, skratovania a požiaru.
V rámci novej štúdie ale vedci vynašli spôsob výroby lítium-kovových batérií, ktorý drasticky znižuje množstvo použitého fluóru a tým pádom aj dopad na životné prostredie.
“Vďaka našej novej metóde výroby sú lítium-kovové batérie environmentálne priateľskejšie, stabilnejšie a lacnejšie,” tvrdí vedúca výskumu, Maria Lukatskaya.
Bezpečnejšie batérie novej generácie
Zlúčeniny s fluórom pomáhajú v lítium-kovových batériách vytvoriť ochrannú vrstvu, ktorú môžeme porovnať napríklad so zubnou sklovinou. Ochranná vrstva v batériách chráni kovové lítium pred nepretržitou chemickou reakciou s elektrolytom. Ak by neexistovala, elektrolyt v batérii by sa počas životného cyklu batérie veľmi rýchlo minul.
Neprehliadni
Minutie elektrolytu by následne spôsobilo zlyhanie batériových článkov. Absencia stabilnej vrstvy zároveň vedie k formácií dendritov, štruktúr, ktoré vyzerajú ako drobné ihličky.
“Keď sa dendrity dotknú pozitívne nabitej elektródy, spôsobuje to skrat batérie. Zároveň čelíme riziku, že počas tohto skratu sa batéria zohreje natoľko, že sa zapáli. Mať možnosť kontrolovať vlastnosti ochrannej vrstvy je preto mimoriadne dôležité pre výkon batérie,” vysvetľuje Lukatskaya.
Prijateľnejšie pre prostredie
Ako sme už spomenuli na začiatku, lítium-kovové batérie nie sú najlepšou voľbou, ak chceme minimalizovať dopad na prírodu. Hlavným škodcom sú látky obsahujúce fluór. Výskumníci sa v rámci práce zamerali na to, ako by mohli znížiť množstvo tejto látky, no zároveň nenarušiť stabilitu ochrannej vrstvy.
Nová metóda výroby batérie používa elektrostatickú príťažlivosť, aby dosiahla žiadanú reakciu. Znamená to, že elektricky nabité fluórované molekuly slúžia ako vozidlo na transport fluóru do ochrannej vrstvy batérie. V praxi teda vedci dokázali vďaka tomuto procesu použiť až o 20% menej fluóru ako v predchádzajúcich štúdiách.
“Jednou z najväčších výziev bolo objavenie správnej molekuly, ku ktorej by sme mohli pripojiť fluór. Táto molekula sa zároveň musela rozložiť pri správnych podmienkach, keď sa dostala k lítiu,” hovoria výskumníci.
Štúdia zároveň vysvetľuje, že nová metóda výroby batérie dokáže byť bezproblémovo implementovaná do už existujúcich priemyselných procesov výroby lítium-iónových batérií. Implementácia nového postupu nezdvihne náklady na výrobu batérií. Autori štúdie vysvetľujú, že v rámci výskumu použili batériu o veľkosti mince.
Lítium-kovové batérie v praxi
V ďalších krokoch chcú zistiť, ako dobre vedia tento proces škálovať. V ďalších experimentoch teda vytvoria väčšie batérie, ktoré by sme už reálne vedeli použiť v smartfónoch, notebookoch alebo eventuálne aj v elektromobiloch.
Práve elektromobily sú sféra, ktorá hľadá alternatívne typy batérií. Mnohých zákazníkov totiž odrádza nedostatočný dojazd a dlhá nabíjacia doba. Ľudia sú stále naučení na tradičné spaľovacie motory, pri ktorých stačí len zájsť na pumpu a do pár minúť máme natankované a zaplatené.
Pri elektromobiloch musí človek rozmýšľať trošku viac dopredu, pričom elektrickým automobilom nepomáha ani to, že ešte nemáme pre ne vybudovanú tak rozsiahlu infraštruktúru, ako pre bežné automobily. Výskumníci z University of Colorado, Boulder sa však priblížili bližšie k takzvaným superkondenzátorom, ktoré by nám dovolili nabiť elektromobil podobne rýchlo, ako trvá tankovanie na čerpacej stanici.
Komentáre