Pozrite si
Súčasná technológia lítium-iónových batérií sa blíži k svojim limitom, hoci sa už dlhé roky darí jej parametre vylepšovať. Vedci skúšajú všeličo, ale narážajú na problém s dendritmi.
Aj tu však možno svitá nádej. Ak sa osvedčí nová technológia vyvinutá výskumníkmi z Rice University, mohla by sa kapacita, či energetická hustota batérií zvýšiť trojnásobne.
Dendrity sú mikroskopické vlákna (v tomto prípade z lítia), ktoré sa vytvárajú na anódach počas nabíjacieho procesu. Môžu sa rozširovať, až dosiahnu druhú elektródu a spôsobia skrat. Následky dobre poznajú spoločnosti Samsung, aj Nokia – následkom skratu sa batéria môže vznietiť, alebo dokonca explodovať.
Na čom stojí nová technológia z Riceovej univerzity? Dôležité je, že dokáže zastaviť rast dendritov v jeho počiatku pomocou špeciálnej anódy. Vyrobená je z materiálu, ktorý bol prvýkrát vytvorený na univerzite pred piatimi rokmi.
Pomocou kovalentnej väzby spája dvojrozmerný grafénový povrch a uhlíkové nanotrubičky na vytvorenie kompaktnej 3D štruktúry. Výskumníci zistili, že takýto materiál má potenciál ako inhibítor dendritov.
Analýzy ukázali, že ak sa lítium ukladalo do samostatnej hybridnej anódy, žiadne dendrity nevyrástli. Nebolo však isté, či by to fungovalo v reálnej batérii.
Aby otestovali anódy, výskumníci vytvorili prototypy batérie s katódami na báze síry, ktoré si po viac ako 500 cykloch nabíjania/vybíjania zachovali 80% kapacity. To je zhruba ekvivalent dvojročného používania mobilu. Na anódach neboli pozorované žiadne dendrity.
Nízka hustota a veľká plocha „lesa“ z nanotrubičiek umožňuje, aby sa lítiový kov nanášal rovnomerne na uhlíkový hybridný materiál počas nabíjaní batérie. A keďže je dostatok priestoru, aby sa častice v priebehu nabíjacieho a vybíjacieho cyklu uložili a uvoľnili, skončia rovnomerne rozložené, čím sa úplne zastaví rast dendritov.
Podľa štúdie je takáto anóda schopná dosiahnuť energetickú hustotu 3 351 mAh/g, čo predstavuje takmer teoretické maximum čistého lítia (3 860 mAh/g). Zároveň ide o 10-násobok dnešných lítium-iónových batérií.
James Tour, pod vedením ktorého sa štúdia uskutočnila, uviedol, že jeho tím sa vydal náročnejšou cestou výskumu. Mnoho výskumníkom pracujúcich na vylepšovaní technológie Li-ion batérií pracuje len s anódou, keďže je to jednoduchšie.
Vedci na Riceovej univerzite naproti tomu vyvinuli špeciálnu sírovú katódu, ktorá vyhovuje vysokokapacitným lítiovým anódam. Projekt sa nachádza v pilotnej fáze a má pred sebou rozsiahle testovanie, ale ak všetko dopadne dobre, dojazd elektromobilov prestane byť rozhodujúcou témou.
Zdroj