Průlomový objev v oblasti baterií umožní efektivní výrobu elektromobilů s dlouhým dojezdem

20. srpna 2020  ·  Jaroslav Polák

V rámci výzkumu a vývoje dobíjecích baterií, které by umožnily zajistit dojezd elektromobilů v řádu stovek kilometrů na jedno nabití, bylo prvním krokem nahrazení grafitových anod lithiovými. Lithium umožnilo prodloužení dojezdu elektromobilů o 30 až 50 %, nicméně jeho využití bylo spojeno s problémem tzv. lithiových dendritů, drobných defektů, které se v průběhu nabíjecích cyklů na lithiové anodě vytvářejí a šíří podobně, jako například praskliny ve skle. To vedlo u těchto baterií ke zkrácení jejich celkové životnosti a rovněž k riziku vzniku zkratu.

Vědci předpokládali, že tvrdé, pevné (například keramické) elektrolyty, by mohly dendritům v šíření zabránit. Tento postup se však neukázal jako dostatečně efektivní a k šíření dendritů anodou stále docházelo.

Vědci z Lawrence National Laboratory (Berkeley Lab), ve spolupráci s Carnegie Mellon University, v červenci 2020 oznámili objev nové třídy měkkých elektrolytů na bázi polymerů a keramiky, které potlačují dendrity v rané fázi, tj. předtím, než se mohou začít šířit a způsobit selhání baterie. Tohoto objevu bylo dosaženo díky použití měkkých polymerů s vnitřní mikroporozitou (PIM), přičemž póry nového materiálů byly vyplněny keramickými částicemi o velikosti v řádu nanometrů.

Odolnost nového kompozitního elektrolytu PIM vůči vývoji dendritů byla testována rentgenovým 3D snímkováním při 16 hodinové zátěži, přičemž nebyly detekovány žádné známky raných fází dendritického růstu.

„Naše technologie potlačující dendrity má vzrušující důsledky pro průmysl baterií,“ řekl spoluautor publikované studie Brett Helms. „Díky tomuto objevu budou moci výrobci nabízet bezpečnější baterie s vysokou hustotou energie a dlouhou životností.“ Helms dodal, že lithiové baterie vybavené novým elektrolytem bude možné rovněž využít k pohonu elektrických letadel.

Nespornou výhodou dosud užívaných fosilních paliv je jejich vysoká energetická hustota, jíž se ani nejlepší stávající baterie v současné době stále ještě nemohou rovnat. Nicméně pokrok v oblasti elektrických pohonů a zelených technologií obecně nabírá na obrátkách a lze očekávat, že počet aplikací, u nichž bude možné fosilní paliva nahradit bateriemi, nadále poroste. Obavy, že environmentální opatření za účelem dosažení uhlíkové neutrality povedou k přiškrcení růstu, se ukazují jako liché, protože tato omezení naopak podporují inovační potenciál a rozvoj nových technologií.

Zdroj:

https://newscenter.lbl.gov/2020/07/20/battery-electric-planes-cars/