Vedci zistili, aký tvar má lítium. Otvára im to dvere, aby vyvinuli účinnejšie a bezpečnejšie batérie
Výskumníci v novej štúdii odhalili tvar lítia, kovu z ktorého možno vyrobiť lítium-kovové batérie. Otvára im to dvere pre vývoj účinnejších a bezpečnejších batérií.
Nabíjateľné lítium-iónové batérie sa dnes používajú v obrovskom množstve rôznych elektronických zariadení, od smartfónov, cez laptopy, až po elektrické vozidlá a ukladanie solárnej alebo veternej energie.
Koncept lítium-iónových batérií vychádza zo staršieho konceptu lítium-kovovej batérie, ktorý však nebol vyvíjaný do takej miery ako lítium iónové batérie. Lítium-kovová batéria má potenciál udržať až dvojnásobné množstvo energie, no zároveň nie je až tak bezpečná, vysvetľujú vedci z UCLA. U tohto typu batérie je pravdepodobnejší vznik požiaru alebo explózia.
Výskumníci sa však v rámci novej štúdie dopracovali k poznatkom, ktoré by mohli urobiť lítium-kovové batérie bezpečnejšie a zároveň by mohli prekonať výkonom tradičné lítium-iónové batérie. Vysvetľujú, že kovové lítium reaguje s chemikáliami veľmi jednoducho a za normálnych podmienok sa korózia objavuje takmer hneď ako lítium umiestnime na povrch, napríklad na elektródu. To je aj dôvod, prečo sme doposiaľ nepoznali tvar lítia, hoci určite predstavy, ako vyzerá, sme mali. Výskumníci z UCLA ale objavili spôsob, ako tejto korózii zabrániť.
Všimli si však ešte niečo pozoruhodné. Ak zabránime korózii lítia, potom sa tento kov vyskladá do pozoruhodného 12-stenného útvaru, ktorý pripomína hraciu kocku.
„Existujú tisíce štúdií zaoberajúce sa lítiom ako kovom. Vo väčšine prípadov tieto práce opisujú štruktúru kovu ako hrudkovitú alebo stĺpcovú. Prekvapilo nás, že ak sme zabránili korózii povrchu, namiesto týchto nepresne definovaných tvarov sme videli taký, ktorý sedí s teoretickými predikciami založenými na kryštalickej štruktúre kovu,“ tvrdí Yuzhang Li, jeden z autorov štúdie.
Batérie s vyššou kapacitou
Toto zistenie vedcom umožňuje prehodnotiť to, ako chápeme lítium-kovové batérie. Tradičné lítium-iónové batérie fungujú tak, že na drobných škálach ukladajú pozitívne nabité atómy lítia v klietkovitej štruktúre uhlíka, ktorý pokrýva elektródu. Namiesto toho lítium-kovové batérie obaľujú elektródu kovovým lítiom. To umožňuje výrobcom umiestniť do rovnakého priestoru až desaťkrát viac lítia v porovnaní s lítium-iónovými batériami. To zvyšuje nielen výkon, ale aj potenciálne riziko.
Neprehliadnite
Častokrát sa stáva, že lítium vytvára mikroskopické filamenty s prečnievajúcimi „ostňami“ v batérii môže dôjsť ku skratu ak sa tieto ostne pretnú. Môže tak vzniknúť požiar alebo v horšom prípade explózia. Autori novej štúdie odhalili „pravú tvár“ lítia, teda tvar tohto kovu bez prítomnosti korózie. Tento objav naznačuje, že riziko explózie lítium-kovovej batérie môžeme v budúcnosti znížiť. V prípade tohto modelu batérie sa atómy akumulujú usporiadaným spôsobom, nekrížia sa teda ako v prípade, že sa na kove objaví korózia.
Vedci teda mohli nájsť spôsob ako vytvoriť batériu s vyššou kapacitou ako lítium-iónová batéria. Korózii dokázali zabrániť tak, že usádzali lítium rýchlejšie, ako sa stihla korózia vytvoriť. To spravili tak, že elektrický prúd prehnali cez menšiu elektródu. Dôležitá však bola rovnováha. Ak prúd prehnali príliš rýchlo, na lítiu sa vytvorili rovnaké ostnaté štruktúry.
Komentáre