Průlom v bateriích: Nová technologie lithiovzdušných článků slibuje 10x vyšší kapacitu a delší dojezd elektromobilů

Vědci vyvinuli novou katalyzátorovou technologii, která by mohla výrazně zlepšit výkon a životnost lithiovzdušných baterií. Tento objev se zaměřuje na diselenid wolframu (WSe₂), dvourozměrný materiál, jehož povrch byl dříve v chemických reakcích aktivní pouze částečně.

Vědci vyvinuli novou katalyzátorovou technologii, která by mohla výrazně zlepšit výkon a životnost lithiovzdušných baterií. Tento objev se zaměřuje na diselenid wolframu (WSe₂), dvourozměrný materiál, jehož povrch byl dříve v chemických reakcích aktivní pouze částečně. Díky této metodě se podařilo dosáhnout lepší kapacity, rychlejšího nabíjení a vybíjení a delší stability, což zásadně zvyšuje celkovou účinnost a odolnost lithiovzdušných baterií.

S rychlým rozvojem elektromobilů a systémů pro ukládání energie roste naléhavá potřeba baterií, které překonají současnou technologii lithium-iontových článků. Mezi novými možnostmi jsou lithiovzdušné baterie považovány za slibné řešení s potenciálem dosáhnout až desetkrát vyšší energetické hustoty. Jejich komercializaci však dosud bránily pomalé reakční rychlosti a krátká životnost, převážně kvůli nedostatku aktivních katalytických míst potřebných pro kyslíkové reakce během nabíjení a vybíjení.

Tým vedený výzkumníky z Korejského institutu vědy a technologie a Institutu pro pokročilé inženýrství (IAE) vyvinul novou katalyzátorovou technologii založenou na dvourozměrném materiálu diselenidu wolframu (WSe₂). Inovace spočívá v přeměně obvykle neaktivního povrchu materiálu na plně aktivní katalytickou plochu, což výrazně zlepšuje výkon i odolnost baterie. Toho bylo dosaženo zavedením atomů platiny do vrstvené struktury materiálu a záměrným vytvořením atomárních volných míst, kde chybí atomy selenu.

Tato volná místa fungují jako vysoce účinná reakční centra, která umožňují silnou interakci s molekulami kyslíku a urychlují klíčové procesy známé jako reakce redukce kyslíku a vývoje kyslíku. Důležité je, že tento přístup zvyšuje katalytickou aktivitu, aniž by došlo ke snížení elektrické vodivosti, což představuje významný krok vpřed ve vývoji systémů pro ukládání energie nové generace. Lithiovzdušná baterie využívající tento pokročilý katalyzátor dosáhla stabilní životnosti přes 550 nabíjecích a vybíjecích cyklů, a to i za rychlých provozních podmínek. Prokázala také větší stabilitu a odolnost než konvenční drahé katalyzátory, jako je platina na uhlíku (Pt/C) a oxid ruthenia (RuO₂), a spolehlivě fungovala v širokém rozsahu rychlostí nabíjení.

Podle výzkumníků tento vývoj představuje novou strategii designu, která překonává strukturální omezení dvourozměrných materiálů tím, že přeměňuje celý povrch na aktivní katalytické místo. Tato technologie by měla podpořit zlepšení systémů, jako je elektrolýza vody a palivové články, kde jsou vysoce výkonné katalyzátory nezbytné. Pokrok také otevírá příležitosti pro snížení nákladů při současném zvýšení celkového výkonu. S mezinárodní spoluprací, která výzkum podporuje, má tato technologie silný potenciál pro budoucí komercializaci a mohla by hrát klíčovou roli v pokroku systémů pro ukládání energie nové generace a řešení pro vysokovýkonnou mobilitu.