Revoluce v bateriích: Tenká vrstva lithia zvýší dojezd elektromobilů o 20 % a sníží ztráty o 75 %

Jihokorejští vědci vyvinuli suchý proces výroby bateriových elektrod s tenkou vrstvou lithia, která snižuje počáteční ztrátu kapacity o 75 % a může prodloužit dojezd elektromobilů až o 20 %. Tato inovace také zjednodušuje výrobu a je šetrnější k životnímu prostředí.

Tým jihokorejských výzkumníků vyvinul suchý proces výroby bateriových elektrod, který snižuje počáteční ztrátu kapacity přibližně o 75 procent a mohl by zvýšit dojezd elektromobilů zhruba o 20 procent. Tato inovace představuje významný krok vpřed v technologii baterií, která je klíčová pro budoucnost elektrické mobility a udržitelné energetiky.

Výzkumná skupina, vedená profesorem Won-Jin Kwakem z UNIST ve spolupráci s profesorem Junghyunem Choiem z Gachon University a profesorem Janghyukem Moonem z Chung-Ang University, se zaměřila na dlouhodobý problém tlustých, suchým procesem vyráběných elektrod. Tímto problémem byla špatná pohyblivost iontů a vysoká nevratná ztráta lithia během prvního cyklu nabíjení a vybíjení. Tlusté elektrody jsou přitom považovány za nezbytné pro baterie nové generace, protože zvyšují energetickou hustotu tím, že do stejného objemu vměstnají více aktivního materiálu. Kromě toho jsou vyráběny bez toxických rozpouštědel, což je činí ekologičtějšími než konvenční mokře potahované elektrody. Nicméně jejich silnější aktivní vrstvy a suchá pojiva často způsobují nerovnoměrnou tvorbu rozhraní pevného elektrolytu (SEI) a značnou ztrátu lithia v prvním cyklu. Tento problém bránil širšímu využití suchých elektrod, přestože nabízejí řadu výhod z hlediska udržitelnosti a výrobních nákladů.

K vyřešení tohoto problému tým vložil tenký lithium-kovový film mezi vrstvu aktivního materiálu anody a měděný proudový kolektor. Namísto použití konvenčního primeru pro zlepšení adheze plní lithium-kovová vrstva více rolí najednou. Lithium film funguje jako adhezní vrstva, nahrazuje primer a dodává lithium k vyrovnání počáteční nevratné ztráty. Díky elektrochemickému potenciálu migrují atomy lithia z filmu do aktivního materiálu, což podporuje rovnoměrnější tvorbu rozhraní a snižuje ztrátu kapacity v prvním cyklu. Tento chytrý přístup řeší několik klíčových výzev současně, což vede k výraznému zlepšení výkonu baterie.

Podle experimentálních výsledků vykazovaly články s novou konfigurací přibližně o 75 procent menší počáteční ztrátu kapacity ve srovnání s konvenčními suchými tlustými elektrodami. V testech celých článků, které používaly křemíkovo-grafitové anody spárované s katodami NCM811, tento přístup zlepšil počáteční coulombickou účinnost a cyklickou stabilitu. Vědci uvádějí, že toto zlepšení by se mohlo promítnout do přibližně 20% zvýšení dojezdu elektromobilů. To by znamenalo, že elektromobily by mohly ujet podstatně delší vzdálenosti na jedno nabití, což by zvýšilo jejich praktičnost a atraktivitu pro spotřebitele.

Současně tento proces odstraňuje potřebu samostatného mokrého chemického primerového povlaku a kroku sušení, což zjednodušuje výrobu. Hyun-Wook Lee, první autor a výzkumník z UNIST, vysvětlil: „Tato technika nám umožňuje provádět prelitiaci a adhezi elektrod v jediném, účinném procesu, který lze přímo integrovat do stávající výroby typu roll-to-roll.“ Dodal, že funguje podobně jako novinářské tiskařské stroje, což umožňuje velkoobjemovou výrobu. Profesor Kwak poznamenal, že technologie suchého potahování elektrod je oblastí, kterou aktivně sledují globální společnosti jako Tesla. Dále dodal, že vyvinutá anodová technologie je kompatibilní s různými katodovými materiály, včetně katod s vysokým obsahem niklu, a nabízí konkurenční výhodu v bateriovém průmyslu.