Li-metal môže priniesť trojnásobok kapacity Li-ion batérií

Súčasná technológia lítium-iónových batérií sa blíži k svojim limitom, hoci sa už dlhé roky darí jej parametre vylepšovať. Vedci skúšajú všeličo, ale narážajú na problém s dendritmi.

Aj tu však možno svitá nádej. Ak sa osvedčí nová technológia vyvinutá výskumníkmi z Rice University, mohla by sa kapacita, či energetická hustota batérií zvýšiť trojnásobne.

Pozrite siNamiesto skleneného odpadu 4x silnejšie batérie

Dendrity sú mikroskopické vlákna (v tomto prípade z lítia), ktoré sa vytvárajú na anódach počas nabíjacieho procesu. Môžu sa rozširovať, až dosiahnu druhú elektródu a spôsobia skrat. Následky dobre poznajú spoločnosti Samsung, aj Nokia – následkom skratu sa batéria môže vznietiť, alebo dokonca explodovať.

ZDROJ | Rice University

Na čom stojí nová technológia z Riceovej univerzity? Dôležité je, že dokáže zastaviť rast dendritov v jeho počiatku pomocou špeciálnej anódy. Vyrobená je z materiálu, ktorý bol prvýkrát vytvorený na univerzite pred piatimi rokmi.

Pozrite siVyvinuli Li-ion batérie, ktoré nevybuchnú

Pomocou kovalentnej väzby spája dvojrozmerný grafénový povrch a uhlíkové nanotrubičky na vytvorenie kompaktnej 3D štruktúry. Výskumníci zistili, že takýto materiál má potenciál ako inhibítor dendritov.

ZDROJ | Rice University

Analýzy ukázali, že ak sa lítium ukladalo do samostatnej hybridnej anódy, žiadne dendrity nevyrástli. Nebolo však isté, či by to fungovalo v reálnej batérii.

Aby otestovali anódy, výskumníci vytvorili prototypy batérie s katódami na báze síry, ktoré si po viac ako 500 cykloch nabíjania/vybíjania zachovali 80% kapacity. To je zhruba ekvivalent dvojročného používania mobilu. Na anódach neboli pozorované žiadne dendrity.

ZDROJ | Rice University

Nízka hustota a veľká plocha „lesa“ z nanotrubičiek umožňuje, aby sa lítiový kov nanášal rovnomerne na uhlíkový hybridný materiál počas nabíjaní batérie. A keďže je dostatok priestoru, aby sa častice v priebehu nabíjacieho a vybíjacieho cyklu uložili a uvoľnili, skončia rovnomerne rozložené, čím sa úplne zastaví rast dendritov.

Podľa štúdie je takáto anóda schopná dosiahnuť energetickú hustotu 3 351 mAh/g, čo predstavuje takmer teoretické maximum čistého lítia (3 860 mAh/g). Zároveň ide o 10-násobok dnešných lítium-iónových batérií.

Pozrite si94-ročný vynálezca Li-ion batérií pomáha vytvoriť lepší svet

James Tour, pod vedením ktorého sa štúdia uskutočnila, uviedol, že jeho tím sa vydal náročnejšou cestou výskumu. Mnoho výskumníkom pracujúcich na vylepšovaní technológie Li-ion batérií pracuje len s anódou, keďže je to jednoduchšie.

Vedci na Riceovej univerzite naproti tomu vyvinuli špeciálnu sírovú katódu, ktorá vyhovuje vysokokapacitným lítiovým anódam. Projekt sa nachádza v pilotnej fáze a má pred sebou rozsiahle testovanie, ale ak všetko dopadne dobre, dojazd elektromobilov prestane byť rozhodujúcou témou.

ZdrojRice University

Komentáre k článku