Nová studie odhaluje hlavní příčinu selhávání lithium-kovových baterií

Lithium-kovové baterie jsou slibnou technologií pro novou generaci baterií, která by mohla nabídnout výrazně vyšší energetickou hustotu ve srovnání s jejich lithium-iontovými protějšky. Hlavní překážkou pro jejich uplatnění v praxi je však omezená životnost, jelikož baterie při opakovaném vybíjení a nabíjení rychle degradují. Nová studie vědců z amerického San Diega však nyní odhaluje hlavní příčinu tohoto selhávání, a poskytuje tak cenné informace pro jeho překonání.

Výzkumný tým vedený vědeckými pracovníky University of California San Diego objevil hlavní příčinu, proč lithium-kovové baterie po opakovaném použití selhávají. Neblahý vliv na životnost baterií podle vědců mají kousky lithia, které se během vybíjení uvolňují z anody do elektrolytu, a nemohou tak následně v baterii plnit svou funkci.

Nový objev tak nabourává doposud uznávanou teorii, že lithium-kovové baterie ztrácí svou kapacitu kvůli růstu vrstvy, která funguje jako bariéra mezi anodou a elektrolytem. Vědci ve studii dospěli ke svým závěrům na základě nové techniky, která jim umožnila měřit množství neaktivního lithia na anodě a zkoumat jeho mikro a nanostrukturu.

„Identifikováním hlavní příčiny selhávání lithium-kovových baterií můžeme racionálně přijít s novými strategiemi, jak tento problém vyřešit. Našim konečným cílem je komerčně životaschopná lithium-kovová baterie,“ říká Chengcheng Fang, doktorand materiálové vědy a inženýrství na UC San Diego.

Lithium-kovové baterie, jejichž anody jsou vyrobeny z lithia, nabízí vůči v současné době konvenčním lithium-iontovým bateriím až dvojnásobnou energetickou hustotu. Díky tomu by tak nová generace baterií mohla být výrazně lehčí, což je klíčové pro další rozvoj elektromobility.

Jejich praktickému uplatnění však stále brání omezená životnost, kdy články přestávají po určitém počtu vybíjecích cyklů fungovat. Vědci dlouho považovali za hlavní příčinu vznik mezifáze mezi elektrolytem a anodou. Přestože již byly vyvinuty mnohé způsoby, jak tuto vrstvu ovládat a stabilizovat, stále nedokázaly odstranit problémy lithium-kovových baterií.

„Články stále selhávají kvůli velkému množství neaktivního lithia, které v těchto bateriích vzniká. Existuje tak další důležitý aspekt, který je přehlížen,“ říká spoluautorka studie Shirley Meng z UC San Diego.