Američtí vědci prodloužili životnost lithium-iontových baterií: Po 500 cyklech si drží 93 % kapacity bez navýšení ceny

Vědci ve Spojených státech vyvinuli jednoduchou metodu zahřívání, která by mohla výrazně prodloužit životnost lithium-iontových baterií.

Vědci ve Spojených státech vyvinuli jednoduchou metodu zahřívání, která by mohla výrazně prodloužit životnost lithium-iontových baterií. Po 500 nabíjecích cyklech si tyto baterie zachovávají přibližně 93 procent své původní kapacity, což představuje významný krok k odolnějším a efektivnějším energetickým řešením.

Tento průlom, dosažený společným výzkumným týmem z laboratoře SLAC National Accelerator Laboratory a Stanfordovy univerzity, spočívá v úpravě procesu zahřívání během výroby katod. Díky tomu se snižuje tvorba mikrotrhlin uvnitř baterií, které běžně vznikají v důsledku mechanického a tepelného namáhání po opakovaném nabíjení a vybíjení. Tyto trhliny jsou hlavní příčinou postupné ztráty výkonu a omezení schopnosti baterie ukládat energii.

Nová technika by mohla vést k výrobě odolnějších a levnějších lithium-iontových baterií, které najdou uplatnění v systémech pro ukládání energie v síti, datových centrech a elektromobilech. Hari Ramachandran, bývalý absolvent Stanfordu a senior inženýr pro baterie ve společnosti Tesla, zdůraznil, že průmysl dosud považoval tento problém za daný a řešil jej drahými způsoby. Nová metoda však umožňuje vytvářet lepší baterie bez dodatečných nákladů nebo složitosti, a to s využitím nejjednodušších výchozích surovin.

Vědci upravili způsob zahřívání niklem bohatých vrstvených oxidových katodových materiálů během jejich výroby. Pomalým startem a následným rychlým zvýšením teploty dosáhli rovnoměrnějších katodových struktur uvnitř částic. Tento přístup nejenže snížil namáhání, ale také zabránil vzniku škodlivých mikrotrhlin. William Chueh, ředitel Precourtova institutu pro energii na Stanfordu a Centra pro baterie SLAC-Stanford, uvedl, že dosažená úroveň zachování energie je srovnatelná s nejlepšími výsledky u podobných bateriových technologií, avšak bez dodatečných výrobních kroků a vyšších nákladů.

Pro lepší pochopení vlivu procesu zahřívání na tvorbu katod tým spolupracoval s Brookhaven National Laboratory, kde pomocí pokročilé transmisní rentgenové mikroskopie pozoroval chemické reakce v reálném čase. Zjistili, že pomalejší počáteční zahřívání zabránilo prekurzorovým materiálům ve vytváření porézních vnitřních struktur. Jakmile byly stabilizovány, rychlé zvýšení teploty rovnoměrněji roztavilo hydroxid lithný kolem částic, což vedlo k konzistentnějšímu designu katody. K monitorování strukturálních a chemických změn během syntézy katod tým využil také rentgenovou absorpční spektroskopii a rentgenovou difrakci v SLAC's Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL).

Donggun Eum, postdoktorand na Stanfordu a SLAC a první autor studie, poznamenal, že někdy je nejjednodušší úprava nejúčinnější. Pečlivou kontrolou kroku zahřívání se jim podařilo výrazně zlepšit stabilitu baterie, aniž by změnili její chemické složení. Vědci považují za jednu z největších výhod této metody to, že nevyžaduje další výrobní materiály ani složité přepracování. Nyní plánují rozšířit proces pro průmyslové pece a otestovat, zda může zlepšit i jiné chemické složení baterií. Studie byla publikována v časopise Nature Energy.