Lithium-iontové baterie jsou dnes všudypřítomné – jsou klíčovou součástí přenosné elektroniky, stejně tak se v posledních letech uplatňují na poli elektromobility či v oblasti akumulace elektrické energie. Věda hledá stále nové způsoby, jak zvýšit jejich energetickou hustotu a prodloužit jejich životnost. Američtí vědci nyní přestavili nový elektrolyt, který by se mohl stát základem pro baterie nové generace.

Vědci z americké Národní laboratoře Argonne, která spadá pod tamní ministerstvo energetiky, vyvinuli novou směs elektrolytů s jednoduchým aditivem, která by mohla mít místo v příští generaci lithium-iontových baterií.

„Na základě těchto výsledků testů máme všechny důvody se domnívat, že pokud křemíkové anody někdy nahradí uhlíkové nebo budou tvořit anodu z větší části než pouze několika procent, bude tento vynález jejich součástí a může mít dalekosáhlý dopad,“ uvedl Baris Key, chemik z Národní laboratoře Argonne.

Vědci již po mnoho desetiletí intenzivně hledají nové materiály pro výrobu elektrod a elektrolyty, které povedou ke vzniku nové generace lithium-iontových baterií, jež nabídnou mnohem větší výdrž a budou levnější a bezpečnější. Tato nová generace pravděpodobně povede k většímu rozšíření vozidel s elektrickým pohonem a zrychlí expanzi obnovitelných zdrojů prostřednictvím levnější a spolehlivější akumulace energie.

Předním kandidátem, který by mohl nahradit stávající uhlíkové anody, je křemík. Křemík má oproti uhlíku významnou výhodu v podobě vyšší teoretické kapacity, protože dokáže uchovávat téměř desetkrát tolik lithia než grafit. Vyšší atraktivitě křemíku rovněž napomáhá jeho nízká cena, jelikož se jedná o druhý nejhojnější materiál v zemské kůře a vzhledem ke svému hojnému využití v počítačovém a telekomunikačním hardwaru existují vyspělé technologie jeho zpracování.

Hlavním kamenem úrazu křemíkových elektrod je nicméně jejich reaktivita.

„Při cyklování se anoda na bázi křemíku v lithium-iontovém článku stává velmi reaktivní s elektrolytem a tento proces v průběhu času degraduje článek, což vede ke zkrácení životnosti,“ říká Jack Vaughey, chemik z Národní laboratoře Argonne.

Elektrolyty lithium-iontových baterií v současné době obsahují směs rozpouštědel s rozpuštěnou solí lithia a alespoň jednou, často více než třemi organickými přísadami. Vědci z Argonneské laboratoře vyvinuli jedinečnou strategii pro míchání aditiv do elektrolytů. Tyto vylepšené směsi elektrolytů, souhrnně nazývané „MESA“ (z angl. mixed-salt electrolytes for silicon anodes), poskytují křemíkovým anodám větší plochu povrchu a zvýšenou stabilitu, což vede k vyšší životnosti článků.

„Důkladně jsme testovali složení MESA s kompletními články vyrobenými se standardními komerčními elektrodami. Nová chemie je jednoduchá, škálovatelná a plně kompatibilní se stávající technologií baterií,“ dodává Baris Key.

Za vývoj Li-ion baterie vědci obdrželi Nobelovu cenu

Počátky technologie lithium-iontových baterií se datují do období ropné krize v 70. letech minulého století. Vědec Stanley Whittingham tehdy pracoval na vývoji metod, které by vedly k energetickým technologiím nezávislým na fosilních palivech.

Při výzkumu supervodičů narazil na unikátní materiál, který využil k výrobě inovativní katody pro lithium-iontovou baterii. Tímto materiálem byl sulfid titaničitý, který na molekulární úrovni dokáže pojmout lithiové ionty. Výsledkem byla baterie, jejíž anoda byla částečně tvořena lithiem, které snadno uvolňuje elektrony.

Na jeho výzkum dále navázali vědci John Goodenough a Akira Yoshino. Všichni tři jmenovaní vědečtí pracovníci za své přínosy obdrželi v letošním roce Nobelovu cenu za chemii.

Zdroj úvodní fotografie: Argonne National Laboratory

Komentáře

0 komentářů ke článku "undefined"

Přidat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *