Vědci aplikovali nanočástice do materiálu anody li-ion baterií. Výsledkem je vyšší rychlost nabíjení

Lithiové baterie představují jistý benchmark v oblasti skladování energie pro mobilní zařízení nebo elektromobily. Jejich kapacita, vysoká energetická hustota a poměrně mírná degradace znamenala rozmach této technolgie. I navzdory velkým pokrokům dosaženým v této oblasti je tlak ze strany trhu na vlastnosti baterií obrovský a vědci se proto zabývají způsoby jak zvýšit energetickou hustotu nebo rychlost nabíjení.

„Důležitým faktorem je materiál anody,“ vysvětluje Dina Fattakhovová-Rohlfingová z  výzkumného ústavu energetiky a klimatu.

Materiály, které se využívají na výrobu anody jsou různé. Anoda obsahující uhlík umožnila li-ion bateriím proražení na trh před více než 20 lety a i v současnosti je využívaná. Lithium titanová anoda byla používána díky vyšší tepelné stabilitě a dlouhému životnímu cyklu. Dále mohou být materiálem anody slitiny obsahující například křemík, kadmium a olovo.

„Anody na bázi oxidů cínu mohou dosáhnout vyšších kapacit než současně využívané anody, protože mají schopnost absorbovat více iontů lithia. Čistý oxid cínu má však velmi nízkou stabilitu, tudíž se kapacita baterie stále snižuje, a to se odráží v jejím životním cyklu. Objem anody se mění s každým cyklem, což vede ke drolení materiálu,“ uvedla Fattakhovová-Rohlfingová.

Cesta, jak vyřešit tento problém, jsou hybridní materiály a nanokompozity (kompozitní materiály obsahující nanočástice). Vědci vyvinuli k tomuto účelu materiál obsahující nanočástice oxidu cínu obohacené antimonem, které jsou zakomponované do vrstvy grafenu. Grafenová vrstva napomáhá strukturální stabilitě a vodivosti materiálu.

Velikost částic oxidu cínu je pouhé tři nanometry. Velikost částic a dobrý kontakt s grafenovou vrstvou také zlepšuje toleranci ke změně objemu a to se odráží ve stabilitě a životaschopnosti lithiového článku.

Vyšší rychlost nabíjení

„Obohacení nanočástic o antimon zajišťuje skvělou vodivost materiálu. Výsledkem je, že lithiový článek může uložit během jedné minuty 1,5krát více energie, než je možné při použití uhlíkových anod. Během jedné hodiny dokáže článek uložit dokonce třikrát více energie. Takto vysokých energetických hustot bylo dříve dosaženo pouze při nízkých nabíjecích rychlostech. Rychlé nabíjení vedlo vždy ke snížení kapacity,“ dodala Fathakoková-Rohlfingová.

Anoda na bázi antimonu vyvinuta vědci si však uchovala 77 % originální kapacity i po 1000 nabíjecích cyklech.

„Nanokompositová anoda je nákladově efektivní a je lehce vyrobitelná. Navíc může být tento koncept použit i na konstrukci ostatních materiálů v „rodině“ li-ion baterií. Doufáme, že vývoj připraví cestu pro lithium-iontové baterie s výrazně vyšší energetickou hustotou a kratší dobou nabíjení,“ uvedla Fathakovová-Rohlfingová. 

Zdroj úvodního obrázku: www.batrec.ch



Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *