Revoluce pro elektromobily: Nová pevná sírová baterie si udrží 80 % kapacity i po 450 cyklech

Vědci z Argonne National Laboratory a University of Chicago dosáhli významného pokroku ve vývoji pevných baterií, které by mohly zásadně změnit budoucnost elektromobilů a letectví. Vyvinuli metodu, jež výrazně zvyšuje energetickou hustotu a životnost těchto baterií.

Vědci z Argonne National Laboratory a University of Chicago dosáhli významného pokroku ve vývoji pevných baterií, které by mohly zásadně změnit budoucnost elektromobilů a letectví. Vyvinuli metodu, jež výrazně zvyšuje energetickou hustotu a životnost těchto baterií. Klíčem k úspěchu je proces zvaný segregace halogenidů, spuštěný intenzivním mícháním bateriových materiálů rychlostí 2 000 otáček za minutu po dobu pěti hodin.

Tato inovace umožnila bateriím udržet plný výkon i po 100 cyklech nabíjení a vybíjení a více než 80 % kapacity i po 450 cyklech. Důležité je, že těchto výsledků bylo dosaženo při pokojové teplotě, bez nutnosti externího zahřívání. Výzkum se zaměřil na chemii lithium-síra, která využívá hojně dostupné materiály, což přispívá ke snížení výrobních nákladů. Tímto úspěchem tým vyřešil dvě hlavní překážky komerčního využití technologie pevných baterií.

Vysokorychlostní míchání generuje teplo a smykové síly, které vyvolávají mechanochemickou reakci. Během této reakce se atomy lithia vázané na halogenidy, jako je chlor nebo brom, přesouvají na rozhraní mezi pevným elektrolytem a katodou. Khalil Amine, významný vědec z Argonne a profesor na University of Chicago, zdůraznil, že řízení těchto rozhraní je nezbytné pro funkčnost těchto bateriových systémů. Zlepšený tok iontů na rozhraní umožňuje baterii udržet výkon po stovky cyklů.

Pevné baterie se liší od tradičních lithium-iontových baterií tím, že neobsahují žádné kapalné nebo gelové materiály. Skládají se z katody a anody oddělených pevným elektrolytem, což přináší řadu výhod, včetně zvýšené bezpečnosti, nižší hmotnosti a vyšší energetické hustoty. Dosud však byl vývoj pevných baterií brzděn špatným spojením mezi pevným elektrolytem a katodovým materiálem – takzvaným rozhraním, které omezovalo tok iontů a snižovalo výkon.

Ačkoli se tým původně zaměřil na síru kvůli její hojnosti, testoval také katody vyrobené ze selenu a teluru. Tyto prvky po procesu míchání vykazovaly podobnou segregaci halogenidů a zlepšení výkonu. To naznačuje, že metoda vysokorychlostního míchání by mohla řešit problémy s rozhraním napříč více bateriovými chemiemi. Guiliang Xu, chemik z Argonne, poznamenal, že tento pokrok zlepšuje nákladovou efektivitu systému díky použití dostupných materiálů. Pro pozorování segregace halogenidů na atomové úrovni vědci využili pokročilé zobrazovací techniky, které potvrdily přemístění atomů lithia na rozhraní. Tento vývoj představuje slibné řešení pro výzvy, které dosud bránily komercializaci pevných baterií, a otevírá cestu k jejich širokému využití v automobilovém a leteckém průmyslu.