Převratná slitina pro baterie: Vydrží 1300 hodin a prodlouží životnost o více než 400krát

Vědci z japonské Univerzity Tohoku vyvinuli novou slitinovou konstrukci, která by mohla výrazně zvýšit odolnost hořčíkových baterií s pevným elektrolytem.

Vědci z japonské Univerzity Tohoku vyvinuli novou slitinovou konstrukci, která by mohla výrazně zvýšit odolnost hořčíkových baterií s pevným elektrolytem. Tým objevil způsob, jak chemické reakce, které obvykle snižují výkon baterie, přeměnit na mechanismus zlepšující stabilitu a transport iontů.

Tento pokrok řeší jednu z největších výzev, kterým čelí hořčíkové baterie s pevným elektrolytem. Tyto baterie jsou považovány za slibnou alternativu k lithium-iontové technologii díky svému potenciálu pro vyšší bezpečnost a nižší náklady na materiály. Nicméně nežádoucí reakce na rozhraní mezi komponenty baterie často snižují výkon a zkracují životnost.

Výzkumníci zjistili, že tyto reakce na rozhraní není nutné zcela eliminovat. Místo toho je možné je pečlivě kontrolovat a zlepšit tak pohyb hořčíkových iontů v baterii při zachování dlouhodobé stability. Tým vyvinul anodu ze slitiny hořčíku a cínu (Mg-Sn), která je navržena tak, aby vyvážila chemickou reaktivitu a transport iontů. Modifikací povrchu i vnitřní struktury anody vědci vytvořili podmínky, které podporují rovnoměrnější ukládání hořčíku a plynulejší pohyb iontů během nabíjení a vybíjení.

„Dlouhou dobu byly reakce na rozhraní považovány za něco, čemu je třeba se vyhnout,“ uvedl Hao Li, profesor z Advanced Institute for Materials Research (WPI-AIMR) Univerzity Tohoku. „Naše výsledky však ukazují, že pokud jsou tyto reakce pečlivě řízeny, nikoli potlačovány, mohou pomoci hořčíkovým bateriím s pevným elektrolytem fungovat mnohem efektivněji.“

Pro výrobu vylepšené anody vědci přidali cín do hořčíku. Tato kombinace tvoří stabilní sloučeninu známou jako Mg2Sn, která pomáhá regulovat reakce probíhající uvnitř baterie. Optimalizovaná slitina Mg-Sn prokázala nejsilnější celkový výkon ze všech testovaných materiálů. Během testování baterií s pevným elektrolytem udržela stabilní provoz po dobu více než 1300 hodin. Materiál také prokázal více než 400krát delší životnost při cyklování ve srovnání s čistým hořčíkem, což naznačuje podstatné zvýšení životnosti baterie.

Baterie s pevným elektrolytem nahrazují hořlavé kapalné elektrolyty pevnými materiály, čímž snižují riziko požáru a potenciálně zvyšují hustotu energie. Nicméně pevná rozhraní uvnitř těchto baterií často vytvářejí odpor, nestabilitu a mechanickou degradaci, které omezují výkon. Zjištění naznačují, že vyvážení reaktivity a transportu iontů současně by mohlo poskytnout novou strategii návrhu pro systémy baterií s pevným elektrolytem. Tento přístup může mít dopady i mimo hořčíkové baterie, s potenciálem pro aplikaci na další generace bateriových chemických systémů, kde stabilita rozhraní zůstává kritickou výzvou.