Průlom v bateriích: Čínský elektrolyt pro solid-state články slibuje delší životnost a bezpečnost

Tým výzkumníků z Čínské akademie věd (CAS) vyvinul nový elektrolyt pro solid-state baterie, který by mohl pomoci překonat jednu z největších překážek této technologie: udržení dlouhodobého výkonu bez kompromisů v bezpečnosti nebo energetické hustotě.

Tým výzkumníků z Čínské akademie věd (CAS) vyvinul nový elektrolyt pro solid-state baterie, který by mohl pomoci překonat jednu z největších překážek této technologie: udržení dlouhodobého výkonu bez kompromisů v bezpečnosti nebo energetické hustotě. Vědci z Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) vytvořili organicko-anorganický kompozitní elektrolyt, který umožnil solid-state baterii zachovat si více než 84 % své původní kapacity po 350 cyklech nabíjení a vybíjení. Ačkoliv se jedná o laboratorní demonstraci, výsledek podtrhuje pokračující úsilí o překonání výzev, které zpomalují komercializaci solid-state baterií, jež jsou široce považovány za potenciálního nástupce dnešní lithium-iontové technologie.

Jedním z hlavních omezení solid-state baterií je rozhraní mezi elektrolytem a elektrodou. Špatný kontakt mezi těmito materiály může zpomalit pohyb lithium-iontů, snížit účinnost a zkrátit životnost baterie. K řešení tohoto problému výzkumníci použili oxychlorid lithný (Li₃OCl) k vyvolání „in-situ chemické rekonstrukce“ v polymerní struktuře. To vytváří silnější chemické vazby mezi organickými a anorganickými složkami elektrolytu a zároveň vytváří nepřetržité cesty, které umožňují efektivnější pohyb lithium-iontů v baterii. Výsledkem je materiál, který kombinuje mechanickou flexibilitu polymerů s iontovou vodivostí a stabilitou typicky spojenou s anorganickými pevnými elektrolyty.

Tým oznámil několik zlepšení výkonu. Laboratorní testy ukázaly iontovou vodivost při pokojové teplotě 2,73 × 10⁻⁴ S/cm a přenosové číslo lithium-iontů 0,90, což naznačuje, že velká část transportu náboje probíhá prostřednictvím lithium-iontů, nikoli nežádoucími vedlejšími reakcemi. Elektrolyt také prokázal okno elektrochemické stability nad 4,78 voltů a Youngův modul téměř 893 MPa, což svědčí o silné mechanické stabilitě v rámci struktury baterie. Nejvýraznější výsledek přinesly cyklovací testy, kde NCA (nikl-kobalt-hliníkové) solid-state bateriové články vybavené novým elektrolytem udržely 84,2 % své kapacity po 350 cyklech při rychlosti nabíjení a vybíjení 1C. Symetrické články také stabilně fungovaly po dobu více než 2 500 hodin během testování.

Solid-state baterie nahrazují hořlavé kapalné elektrolyty používané v konvenčních lithium-iontových článcích pevnými materiály. Tato technologie vzbudila značný zájem, protože by mohla nabídnout vyšší energetickou hustotu, lepší bezpečnost, rychlejší nabíjení a větší odolnost proti tepelnému úniku. Přeměna laboratorních konceptů na komerčně životaschopné baterie se však ukázala jako obtížná. Výzkumníci po celém světě se nadále potýkají s problémy, jako je nízká iontová vodivost, degradace rozhraní, složitost výroby a náklady. Nová architektura elektrolytu se snaží řešit několik těchto výzev současně zlepšením transportu iontů při zachování strukturální stability.