Vědci poprvé natočili, jak lithium v bateriích praská jako sklo: Mění to design budoucích akumulátorů

Moderní zařízení jsou poháněna lithium-iontovými bateriemi, ale jejich spolehlivost a bezpečnost ovlivňují takzvané dendrity. Tyto drobné krystalické útvary, které rostou během nabíjení, jsou dlouhodobě známé jako příčina zkratů a požárů.

Moderní zařízení jsou poháněna lithium-iontovými bateriemi, ale jejich spolehlivost a bezpečnost ovlivňují takzvané dendrity. Tyto drobné krystalické útvary, které rostou během nabíjení, jsou dlouhodobě známé jako příčina zkratů a požárů. Nová studie inženýra Yana Yaoa z University of Houston nyní odhaluje překvapivou skutečnost: dendrity se nechovají jako měkké, tvárné struktury, jak se dříve předpokládalo, ale spíše jako křehké a pevné útvary, které se lámou podobně jako sklo.

Tento objev zpochybňuje desítky let starý předpoklad v bateriové vědě, že lithiový kov je tvárný a lze jej snadno blokovat pevnými elektrolyty. Místo toho výzkum ukazuje, že dendrity mohou fungovat jako tuhé jehly, které propichují vnitřní komponenty baterie. Tým poprvé přímo pozoroval toto chování, když zachytil záběry v reálném čase, jak se dendrity tvoří a lámou uvnitř funkční solid-state baterie. To poskytuje vzácný pohled na to, jak se tyto struktury chovají za provozních podmínek.

Pevnost dendritů, které jsou často široké jen stovky nanometrů (více než stokrát menší než lidský vlas), pramení z nanokrystalického lithiového jádra, které je dále zpevněno povrchovou vrstvou vznikající během provozu. Tato kombinace umožňuje dendritům udržet si strukturální integritu během růstu, což zvyšuje riziko, že prorazí ochranné bariéry uvnitř baterií. Pro natáčení dendritů v reálném čase vědci použili operando skenovací elektronovou mikroskopii ve speciální bezvzduchové komoře vyvinuté na University of Houston.

Zjištění zdůrazňují, že dosavadní strategie pro návrh baterií nové generace se musí změnit. Schopnost přímo vizualizovat chování dendritů poskytuje nový vhled do toho, proč solid-state baterie, často považované za bezpečnější alternativy, stále čelí výzvám v oblasti spolehlivosti. Studie naznačuje, že pouhé spoléhání na pevné elektrolyty nemusí stačit k zastavení pronikání dendritů. Namísto toho výzkumníci poukazují na alternativní přístupy, jako je použití anod z lithiových slitin, které by mohly snížit pravděpodobnost křehkého lomu. Pochopení mechanických vlastností dendritů by také mohlo pomoci inženýrům navrhnout materiály, které lépe odolávají jejich pronikání. Tyto poznatky by mohly významně zlepšit bezpečnost a životnost systémů pro ukládání energie používaných v elektromobilech, spotřební elektronice a síťových aplikacích. Výzkum byl publikován v prestižním časopise Science.