Vědci z Texasu vyvinuli inovativní Li-ion baterii, která neztrácí na výkonnosti i bez využití kobaltu

Technologie lithium-iontových baterií prochází v posledních letech značným vývojem, který kromě mobilních zařízení žene kupředu zejména rozvoj elektromobility a bateriových úložišť. Jedním z předních problémů, se kterým se vědci snaží dlouhodobě vypořádat, je náhrada vzácných surovin, které výrobu baterií prodražují. Jednou z nich je i kobalt. Vědci z USA nyní představili novou bezkobaltovou elektrodu, která má umožnit výrobu levnějších a lepších baterií.

Náhrada kobaltu vzhledem k jeho omezenému výskytu a podmínkám těžby je jedním z důležitých cílů, na který se vědci zaměřují již dlouhou dobu. Přestože je možné vyrobit lithium-iontové baterie i bez jeho využití, obvykle dosahují horších parametrů, zejména nižší rychlosti nabíjení a vybíjení, a nejsou tak zatím konkurenceschopné.

Běžné lithium-iontové baterie využívají katody tvořené slitinou kovů, nejčastěji niklu, kobaltu, manganu či hliníku. Katody mohou tvořit až polovinu z nákladů na suroviny, kdy nejdražší je právě kobalt, jenž v běžných bateriích tvoří 10 až 30 % katody. S cenou okolo 29 tisíc dolarů za tunu tak výrazně převyšuje cenu ostatních surovin.

Vědci z Texaské univerzity v Austinu však nyní představili novou bezkobaltovou elektrodu, která neduhem snížené výkonnosti netrpí, a má tak otevřít cestu k výrobě levnějších baterií. Základním stavebním prvkem nové katody je nikl, který tvoří 89 % elektrody, zbytek klíčových součastí poté tvoří mangan a hliník. Větší podíl niklu rovněž podle vědců zaručí vyšší kapacitu baterie, a tím i vyšší energetickou hustotu.

„Kobalt je nejméně hojný a nejdražší komponent v katodách baterií. A my jej kompletně eliminujeme,“ říká Arumugam Manthiram, spoluautor studie a vedoucí Texaského materiálového institutu.

Klíč k novému úspěchu je podle vědců nutné hledat na atomární úrovni, kdy byli schopní při syntéze udržet ionty jednotlivých prvků rovnoměrně rozložené v krystalické struktuře katody. Pokud se ionty shlukují, dochází k degradaci výkonnosti baterie, což byl dle Manthirama hlavní problém, který trápil bezkobaltové baterie. S rovnoměrným rozložením iontů se tak vědcům podařilo těmto obtížím vyhnout.

„Naším cílem je využívat pouze hojně se vyskytující a dostupné materiály pro náhradu kobaltu při zachování výkonnosti a bezpečnosti a využívat procesy průmyslové syntézy, které jsou škálovatelné,“ uvedla Wangda Li, spoluautorka studie.