Čínští vědci vyvinuli baterii s hustotou 451 Wh/kg, která se nabije za 3 minuty a vydrží 700 cyklů

Vědci z Čínské akademie věd oznámili významný pokrok ve vývoji lithium-kovových baterií s pevným elektrolytem. Představili baterii, která dosahuje energetické hustoty 451,5 Wh/kg a je schopna ultra rychlého nabíjení a vybíjení, což odpovídá přibližně tříminutovým cyklům.

Vědci z Čínské akademie věd oznámili významný pokrok ve vývoji lithium-kovových baterií s pevným elektrolytem. Představili baterii, která dosahuje energetické hustoty 451,5 Wh/kg a je schopna ultra rychlého nabíjení a vybíjení, což odpovídá přibližně tříminutovým cyklům. Tato nová technologie si udržela stabilní výkon po 700 cyklech s 81,9% zachováním kapacity při nabíjecí rychlosti 20C a použití vysokonapěťové niklové katody 4,7V.

Klíčem k tomuto úspěchu je vylepšení polymerních elektrolytů na bázi polyvinylidenfluoridu (PVDF), materiálu široce studovaného pro baterie s pevným elektrolytem díky jeho oxidační stabilitě a iontové vodivosti. Konvenční změkčovadla v PVDF elektrolytech často trpí špatnou elektrochemickou stabilitou, což vede k nežádoucím vedlejším reakcím. Čínský tým vyvinul strategii „kompatibilizačně-rozpouštědlové plastifikace“, která využívá dočasné těkavé rozpouštědlo během přípravy elektrolytu. To zlepšuje kompatibilitu mezi polymerem a stabilními změkčovadly. Jakmile se rozpouštědlo během tvorby filmu odpaří, změkčovadlo zůstane uvězněno uvnitř polymerní sítě.

Tato metoda umožnila vytvoření mezivrstvy bohaté na fluorid lithný a zároveň potlačila nežádoucí vedlejší reakce na obou elektrodách. Studie také uvádí průměrnou coulombickou účinnost pokovování a odstraňování lithia 99,1 % během 1 400 cyklů. Jako změkčovadlo byl použit sulfolan, jehož interakce s polymerem stabilizovaly strukturu elektrolytu. Baterie typu pouch cell s tenkou lithium-kovovou anodou dosáhla energetické hustoty 451,5 Wh/kg, což je více než dvojnásobek oproti mnoha komerčním lithium-železo-fosfátovým (LFP) bateriím pro elektromobily. Navíc úspěšně prošla testem propíchnutí hřebíkem, což svědčí o její vysoké vnitřní bezpečnosti.

Tento objev přichází v době, kdy výrobci baterií a výzkumné instituce intenzivně pracují na komercializaci systémů s pevným elektrolytem, které slibují vyšší energetickou hustotu, rychlejší nabíjení a lepší bezpečnost ve srovnání s konvenčními lithium-iontovými bateriemi. Několik čínských vývojářů baterií cílí na komerční systémy s pevným elektrolytem v rozmezí 400 až 500 Wh/kg mezi lety 2026 a 2027. Ačkoliv chemie LFP baterií stále dominuje čínskému trhu s bateriemi pro elektromobily díky nižším nákladům a vyspělosti výroby, tato práce by mohla rozšířit možnosti designu polymerních elektrolytů na bázi PVDF a otevřít cestu k praktickým lithium-kovovým bateriím s vysokou energetickou hustotou i schopností rychlého nabíjení. Studie byla publikována v časopise Journal of the American Chemical Society.