Čína hlási batériový prelom, do rovnako veľkého článku dostali viac energie
Vedci z Nankai University vyvinuli nový elektrolyt pre lítiovo-kovové batérie, ktorý sľubuje vyššiu energetickú hustotu aj lepšie fungovanie v extrémnom chlade.
Čína už dávno nie je len lacnou montážnou halou pre Západ. Postupne sa mení na krajinu, ktorá tlačí dopredu aj vlastný výskum a vývoj. Platí to aj pri batériách, teda technológii, bez ktorej si dnes bežný život vieš predstaviť len ťažko. Máš ich v mobile, notebooku, hodinkách, lampách aj v elektromobiloch. Na tému upozornil portál BGR.
Batérie sa za posledné roky síce zlepšovali, no veľký technologický skok stále neprišiel. Klasické lítium-iónové batérie zostávajú najrozšírenejšie, no stále majú svoje limity. Medzi tie patrí postupná degradácia, strata kapacity aj kompromisy medzi bezpečnosťou, výdržou a energetickou hustotou. Typicky pozostávajú z katódy, grafitovej anódy, elektrolytu a separátora.
Práve do tohto bodu sa rozhodli zasiahnuť vedci z Nankai University. Ich cieľom nebolo prerobiť batériu od základov, ale vyriešiť jeden z problémov, ktorý roky brzdí rozvoj lítiovo-kovových batérií. Prepracovali preto elektrolytický systém tak, aby sa lítiové ióny pohybovali medzi elektródami voľnejšie a s menšími stratami. Práve elektrolyt je látka, ktorá tento pohyb sprostredkúva, a preto výrazne ovplyvňuje, ako sa batéria správa pri nabíjaní, vybíjaní aj v chlade. Výskumný tím pri tom hovorí o novom systéme založenom na fluorovaných uhľovodíkových rozpúšťadlách, nie o klasickom prístupe, ktorý sa opiera o kyslíkové rozpúšťadlá.
Nový elektrolyt posúva lítiovo-kovové batérie bližšie k praxi
Bežné lítium-iónové batérie používajú ako anódu grafit, do ktorého sa lítium ukladá. Vedci z Nankai však v experimentálnych batériových článkoch použili lítiovo-kovovú anódu. Kovové lítium vie ponúknuť vyššiu energetickú hustotu než grafit, no zároveň je oveľa náročnejšie na stabilné a bezpečné fungovanie. Ak sa ho podarí skrotiť, batéria môže pri rovnakej hmotnosti uložiť citeľne viac energie.
Výhodou ich riešenia je aj to, že článok potrebuje menej elektrolytu. Elektrolyt síce prenáša ióny, no energiu sám neukladá. Ak ho teda stačí menej, väčší podiel priestoru aj hmotnosti môže pripadnúť na aktívne materiály, ktoré energiu skutočne nesú. Práve to môže viesť k nižšej hmotnosti článku a zároveň k vyššej energetickej hustote. Nový elektrolyt si lepšie drží vlastnosti aj pri nízkych teplotách, teda v podmienkach, kde bežné elektrolyty hustnú a spomaľujú pohyb iónov. Podľa Nankai University mal veľmi nízku viskozitu a merateľnú iónovú vodivosť dokonca aj pri -70 °C.
Neprehliadni
Jednou z najväčších slabín lítiovo-kovových batérií sú dendrity. Ide o tenké ihličkovité útvary, ktoré môžu počas nabíjania vyrastať na anóde. Ak prerazia separátor medzi elektródami, batéria sa môže skratovať. A to je presne dôvod, prečo sa o lítiovo-kovových batériách hovorí už roky, no stále ich nevidíš masovo v produktoch. Nový elektrolyt má pomáhať tomu, aby sa lítium ukladalo rovnomernejšie, čím sa riziko vzniku dendritov znižuje. Vedci pri tom hovoria o coulombickej účinnosti až 99,7 % pri procese platingu a strippingu pri -50 °C, no to stále neznamená, že problém životnosti je definitívne vyriešený.
Ak sa na tieto batérie tešíš, ešte je skoro otvárať šampanské. Technológia je stále vo fáze laboratórnych testov. Pri batériách to ešte veľa neznamená, pretože rozdiel medzi sľubným výsledkom v laboratóriu a sériovo vyrábanou batériou do auta býva obrovský. Vedci ešte musia overiť dlhodobú stabilitu, bezpečnosť aj správanie v reálnej prevádzke. Už malé straty lítia pri opakovaných nabíjacích cykloch totiž môžu časom výrazne skrátiť životnosť celej batérie.
Čísla vyzerajú pôsobivo, komerčné nasadenie je však ešte ďaleko
Podľa zverejnených výsledkov dosiahli experimentálne lítiovo-kovové články energetickú hustotu nad 700 Wh/kg pri izbovej teplote a približne 400 Wh/kg pri -50 °C. To sú veľmi silné čísla. Pre porovnanie, dnešné bežné lítium-iónové batérie sa podľa typu a použitia pohybujú výrazne nižšie. Zároveň však platí, že čísla na úrovni článku ešte automaticky neznamenajú rovnaký nárast na úrovni celej batérie v elektromobile. Tam vstupuje do hry chladenie, riadiaca elektronika, obal, bezpečnostné rezervy aj konštrukcia celého packu. Preto je rozumnejšie hovoriť o veľkom potenciáli než o hotovej revolúcii na cestách.
Aj tak je však zrejmé, prečo tento výskum vyvolal pozornosť. Ak by sa podobné parametre podarilo preniesť bližšie k reálnym produktom, výhodu by nemali len elektromobily. Ľahšie a energeticky hustejšie články by vedeli pomôcť aj dronom, letectvu či technológiám, ktoré musia fungovať vo veľmi chladnom prostredí. Samotní autori spomínajú využitie v elektromobiloch, aerospace či pri skladovaní energie v náročných podmienkach.
Do komerčného nasadenia však vedie ešte dlhá cesta. Vedci budú musieť ukázať, ako sa tento typ batérie správa pri dlhodobom používaní, v zapuzdrení a pri výrobe vo väčšom meradle. Rovnako dôležitá bude aj cena, bezpečnosť a to, či sa tieto výsledky podarí zopakovať mimo laboratória.
