Průlom v bateriích s pevným elektrolytem? Na Harvardu překonali velkou překážku
Mikrometrové částečky křemíku zabraňují tvorbě dendritů v baterii s pevným elektrolytem. Životnost prototypu je oproti bateriím současných elektromobilů několikanásobná.
Baterie s pevným elektrolytem slibují zásadní zlepšení ve vlastnostech elektromobilů, ovšem třebaže na jejich vývoji pracuje snad každá velká automobilka, která se zabývá i elektrickými auty, zatím všechny slibují tuto novou generaci na trhu až za několik let. Výzkumníci na Harvardské univerzitě nyní přichází s novinkou, kterou web Electrek, zabývající se elektromobilitou, označuje za průlom.
Jednou z největších výzev, kterým vývojáři baterií s pevným elektrolytem čelí, je tvorba dendritů na povrchu lithiové anody. To jsou mikroskopické nánosy kovu, které „vyrůstají“ jako kořeny do elektrolytu a mohou porušit bariéru mezi anodou a katodou, což znamená zkratování baterie a riziko požáru.
Tvorba dendritů je však problémem už kvůli tomu, že tvoří nerovný povrch anody, a s dalšími nabíjecími cykly se nerovnosti zvětšují. V roce 2021 tým výzkumníků na Škole inženýrství a aplikovaných věd Johna A. Paulsona, která je součástí Harvardské univerzity, vyvinul prototyp baterie, v níž byla tvorba dendritů omezená a ty, které vznikly, byly zachyceny.
Čerstvě však tento tým přišel s oznámením, že tvorbě dendritů zcela zamezil. Používá k tomu částice křemíku o velikosti v řádech mikrometrů jako součást anody. Ty upravují lithiační reakci a umožňují rovnoměrné přichycování iontů lithia k anodě. „Lithium obaluje křemíkovou částici jako tvrdá čokoládová skořápka vnitřek bonbonu,“ přirovnal profesor materiálových věd Sin Li.
Díky tomu, že povrch anody zůstává naprosto hladký, pohyb iontů mezi anodou a katodou může být mnohem rychlejší a baterie umožní dobití během 10 minut. Co víc, prototyp zhruba velikosti poštovní známky si zvládl udržet 80 % kapacity po 6.000 nabíjecích cyklech. U baterií současných elektromobilů je přitom odhad životnosti 1.500–2.000 nabíjecích cyklů.
„Baterie s lithiovou anodou se považují za svatý grál baterií, protože mají desetinásobnou kapacitu oproti běžným grafitovým anodám a mohou zásadně zlepšit dojezdy elektrických vozidel,“ komentoval Li. „Náš výzkum je důležitým krokem směrem k praktičtějším bateriím s pevným elektrolytem pro průmyslové i komerční použití,“ dodal.
Ovšem, jakkoliv je objev harvardských výzkumníků jistě důležitý, nakolik přiblížil baterie s pevným elektrolytem dostupné za rozumnou cenu v produkčních autech, je stále otázkou.
