Lithium-iontové baterie jsou dnes široce používané ve všech možných zařízeních. Potenciálně novou generací vysokoenergetických akumulátorů by však mohly představovat články využívající kovové lithium. Jejich hlavní využití spočívá především v elektromobilech, v nichž dokáží výrazně prodloužit délku dojezdu, mají však potenciál i v dalších zařízeních.
Hlavní nevýhodou stávajících lithiových baterií (v angličtině označovaných jako lithium metal batteries, aby bylo zřejmé, že jde o baterie, v nichž jako anoda vystupuje kovové lithium) je nutnost přídavku značného množství fluorovaných látek, které jsou hrozbou pro životní prostředí.
Vývoj nových technologií výroby baterií je klíčem k úspěchu moderních zařízení. Foto: Freepik
Kámen úrazu baterií s kovovou anodou představují fluoridy
Fluor je v tomto případě dobrý sluha, ale zlý pán. Fluorované sloučeniny v elektrolytu pomáhají vytvářet ochrannou vrstvu kolem kovu na anodě, a tím bránit jeho rozpouštění. Vědci tuto vrstvu přirovnávají k zubní sklovině. Rozpouštění záporné elektrody pak vede k tvorbě tzv. dendritů, které se z anody větví a narušují její povrch. Dendrity výrazným způsobem snižují celkový výkon baterie, pokud se ale rozrostou až ke katodě, mohou vyvolat zkrat či vzplanutí. Vědci se tak snaží učinit tuto technologii efektivnější, bezpečnější a v neposlední řadě i ekologicky přívětivější
A new #Electrolyte design for lithium metal #Batteries could significantly boost the range of #ElectricVehicles. Researchers at ETH have radically reduced the amount of environmentally harmful fluorine required to stabilise these batteries. 🔋 https://t.co/gGSijFmwOJ @eth_dmavt
— ETH Zurich (@ETH_en) July 5, 2024
Průlom v těchto inovacích se nedávno podařil výzkumnému týmu ze Spolkové vysoké technické školy v Curychu, který vyvinul novou techniku výrazně snižující množství fluoru potřebné v lithiových bateriích. Tato změna ve složení elektrolytu nejenže řeší všechny výše uvedené problémy, ale také snižuje náklady na její výrobu. Klíčové bylo ovšem snížit koncentraci přidaného fluoru natolik, aniž by byla ohrožena stabilita ochranné vrstvy.
Nový typ akumulátorů na bázi kovového lithia s minimem fluoru by mohl elektromobilům pomoci k delšímu dojezdu. Foto: Unsplash
Technologie by mohla mít celou řadu využití
Nová metoda vyvinutá švýcarským týmem využívá elektrostatické přitažlivosti nabitých fluorovaných molekul, které prvek přenáší na z elektrolytu na anodu. Právě volba této molekuly byla pro zvládnutí celé techniky klíčová. V praxi to znamená, že v roztoku je zapotřebí fluor o koncentraci 0,1 hmotnostního procenta, což je přinejmenším 20krát méně než v dosavadních článcích tohoto typu. Vzhledem k tomu, že je metodika i šetrná k životnímu prostředí, podala si výzkumná skupina z Curychu i žádost o patent na tuto technologii. Nové akumulátory by mělo být možné bez větších komplikací začlenit do stávajícího výrobního procesu. Baterie využívající kovové lithium by pak mohly najít využití například v chytrých telefonech, ale i v elektromobilech, které by se tak mohly dočkat vyššího výkonu či delšího dojezdu.
