Inovativní baterie má 2x více energie než běžná lithium-iontová baterie a nemá anodu
Nová pevnolátková lithiová baterie nejenže dokáže uchovat téměř dvakrát více energie než standardní lithium-iontová baterie, ale také není náchylná ke vznícení jako současné komerční protějšky. Podle nové studie spočívá tajemství úspěchu prototypu v odstranění jedné ze standardních elektrod baterie, jak píše server Spectrum.
Běžné baterie dodávají elektřinu prostřednictvím chemických reakcí mezi dvěma elektrodami – záporně nabitou anodou, přes kterou proudí elektrony ven z baterie, a kladně nabitou katodou, přes kterou elektrony do baterie vstupují. Elektrody typické lithium-iontové baterie jsou vyrobeny z látek, jejichž struktury mohou uchovávat a uvolňovat elektricky nabité ionty lithia.
Anodu často tvoří grafit, zatímco katodu velmi často oxid kovu. Tyto elektrodové materiály jsou naneseny na kovových fóliích, které zachycují vzniklý proud. V případě anody je tímto kovem často měď a v případě katody hliník. Vzájemné působení elektrod v lithium-iontových bateriích probíhá obvykle prostřednictvím kapalných nebo gelových elektrolytů. V polovodičových bateriích se místo toho používají pevné elektrolyty z materiálů, jako je keramika.
Pevné elektrolyty jsou kompaktnější než kapalné nebo gelové elektrolyty. To znamená, že pevnolátkové baterie mohou při stejné hmotnosti nebo objemu produkovat více energie než konvenční baterie. Kromě toho jsou pevnolátkové lithiové baterie mnohem bezpečnější než jejich konvenční protějšky, jejichž organické kapalné elektrolyty jsou obvykle hořlavé. Vytvoření stabilní a užitečné baterie s pevným elektrolytem však naráží na problémy. Předchozí výzkum například zjistil, že pevné elektrolyty na bázi sulfidů by mohly pomoci vytvořit baterie, které mohou uchovávat velké množství energie.
Sulfidy v těchto elektrolytech však mohou reagovat s oběma elektrodami a vytvářet sloučeniny, které brání toku elektřiny v bateriích. Výzkumníci se snažili vylepšit baterie s pevnými elektrolyty tím, že nahradili jejich konvenční grafitovou anodu proudovým kolektorem z měděné fólie. Tato strategie by mohla výrazně zvýšit množství energie, které by tyto baterie mohly pojmout.
Klíčovou výzvou, se kterou se výzkum bezanodových baterií potýká, je problém, že musí stabilně procházet cykly vybíjení a nabíjení. V nové studii nyní vědci ukazují, že nový povlak může tento problém překonat. Výzkumníci experimentovali s bezanodovou baterií s pevným elektrolytem na bázi sulfidu. Její měděný proudový kolektor pokryli ultratenkým tellurem aktivovaným lithiem. Zjistili, že tento nový povlak pomáhá ukládat a rozpouštět kovové lithium z měděného kolektoru proudu v tenké rovnoměrné vrstvě.
Bez tohoto nového povlaku se během nabíjení a vybíjení pokryl nepravidelnými mikroskopickými strukturami, včetně špičatých dendritů, což může vést ke zkratu mezi anodou a katodou a následnému vznícení baterie. Nová baterie pojme o 72 % více energie na hmotnost a o 95 % více energie na objem než komerční lithium-iontové baterie. Přestože tento výzkum může vyřešit jeden z kritických problémů lithium-iontových baterií s pevným elektrolytem bez anody, je zapotřebí dalšího vývoje, aby se skutečně dostaly na trh. Výzkum byl publikován v časopise Advanced Materials.
Zdroj: spectrum.ieee.org, onlinelibrary.wiley.com