Elektromobily dostanú nový impulz: Vedci objavili revolučnú zliatinu pre batérie budúcnosti, vydržia tisíce cyklov

Tím inžinierov z Kalifornskej univerzity v San Diegu v spolupráci s UC Irvine, UC Santa Barbara a spoločnosťou LG Energy Solution predstavil nový typ kovovej zliatiny pre elektródové materiály, ktorá by mohla dramaticky zlepšiť výkon aj životnosť tzv. pevnoelektrolytových (solid-state) batérií.

Tento pokrok prichádza po rokoch výskumu, počas ktorých sa vedci snažili vyriešiť problémy s pomalým nabíjaním a degradáciou materiálov, ktoré bránili širšiemu využitiu tejto technológie.

Informuje o tom web Knowridge.

Prelom vo výskume anód

Výskum, publikovaný v Nature Communications, sa zameral na lítium-hlinitú zliatinu používanú ako negatívnu elektródu – anódu. Tento materiál existuje v dvoch formách, tzv. fázach: lítiom bohatá beta fáza a lítiom chudobná alfa fáza.

Vedci zistili, že spôsob, akým sa lítiové ióny pohybujú medzi týmito fázami, rozhoduje o tom, ako efektívne sa batéria dokáže nabiť a vybiť. Keď upravili pomer lítia a hliníka tak, aby vytvorili viac beta fázy, výkon batérie prudko stúpol. Ukázalo sa, že ide o veľmi jemnú rovnováhu – príliš veľa lítia vedie k nestabilite, no jeho správne množstvo vytvára optimálne podmienky pre rýchly pohyb iónov.

Desať miliárdkrát rýchlejší pohyb lítia

Ukázalo sa, že lítiové ióny sa v beta fáze pohybujú až desať miliárdkrát rýchlejšie než v alfa fáze – čo znamená omnoho rýchlejšie nabíjanie aj vybíjanie. Tento rozdiel v rýchlosti transportu je kľúčový pre efektívne fungovanie batérií novej generácie.

Beta fáza zároveň zlepšila hustotu a stabilitu anódy, čím zefektívnila prenos lítia medzi elektródou a tuhým elektrolytom – kľúčovou súčasťou každej pevnoelektrolytovej batérie. Takýto materiál sa správa predvídateľnejšie aj pri vysokom zaťažení, čo je nevyhnutné pre spoľahlivú prevádzku v elektromobiloch či veľkokapacitných úložiskách energie.

V laboratórnych testoch si batérie s touto optimalizovanou lítium-hlinitou zliatinou udržali výnimočnú výkonnosť aj po viac ako 2 000 cykloch nabíjania a vybíjania. To je viac než dvojnásobok životnosti mnohých súčasných experimentálnych prototypov. Výsledky ukazujú nielen rýchle reakcie, ale aj dlhodobú odolnosť materiálu – zásadný predpoklad pre jeho praktické využitie.

Jasná cesta k lepším elektródam

„Toto je prvá štúdia, ktorá priamo dokazuje, ako rozloženie beta fázy ovplyvňuje pohyb lítia v zliatine,“ uviedol výskumný tím.

Podľa vedcov objav ponúka jasný návod na vývoj nových elektród, ktoré spoja rýchlosť, stabilitu a efektivitu – tri parametre, ktoré sa doteraz len ťažko dosahovali súčasne. Tento poznatok by mohol ovplyvniť nielen konštrukciu batérií pre elektromobily, ale aj pre menšie zariadenia, ako sú notebooky, smartfóny či prenosné energetické zdroje.

Krok bližšie k bezpečným a výkonným batériám

Pevnoelektrolytové batérie sa považujú za technológiu budúcnosti. Nahrádzajú horľavý kvapalný elektrolyt tuhým materiálom, vďaka čomu sú nielen bezpečnejšie, ale aj kompaktnejšie a s vyššou energetickou hustotou.

To znamená viac kilometrov na jedno nabitie – a menej rizika požiaru. Zároveň môžu fungovať v širšom teplotnom rozsahu, čo z nich robí vhodné riešenie aj pre extrémne podmienky.

Najväčšou prekážkou ich masovej výroby však doteraz boli práve elektródy, ktoré pri opakovanom nabíjaní degradujú napätie a mechanické pnutie medzi fázami. Nový výskum naznačuje, že ovládnutie beta fázy v lítium-hlinitých zliatinách by tento problém mohlo vyriešiť.

Od laboratória k praxi

Ak sa výsledky potvrdia aj v priemyselnom meradle, ide o prelom, ktorý by mohol priblížiť komerčné pevnoelektrolytové batérie z laboratórií do reálnych elektromobilov. Nabíjanie v priebehu niekoľkých minút a životnosť trvajúca celé roky – to už nie je vízia zo sci-fi, ale reálna technologická trajektória.

Vedci tak otvorili dvere k ére, v ktorej budú batérie nielen výkonnejšie a bezpečnejšie, ale aj výrazne ekologickejšie. V kombinácii s pokrokom v recyklácii lítia a výrobe s nulovými emisiami môže ísť o kľúčovú súčasť prechodu na udržateľnú mobilitu a energetickú nezávislosť.

Čítaj viac z kategórie: Zaujímavosti