Nový elektrolyt na bázi lithia, který vynalezli vědci ze Stanfordovy univerzity, by mohl připravit půdu pro novou generaci elektromobilů poháněných bateriemi. Jejich elektrolyt zvyšuje výkonnost lithium-kovových baterií, které jsou slibnou technologií pro napájení nejen elektromobilů, ale také notebooků a dalších zařízení.
„Většina elektromobilů je poháněna lithium-iontovými bateriemi, jejichž energetická hustota se rychle blíží teoretickému limitu,“ řekl Yi Cui, profesor materiálové vědy a inženýrství a fotonové vědy v Národní urychlovací laboratoři SLAC. „Naše studie se zaměřila na lithium-kovové baterie, které jsou lehčí než lithium-iontové baterie a mohou potenciálně dodávat více energie na jednotku hmotnosti a objemu.“
Lithium-iontové baterie, které se používají ve všech zařízeních od chytrých telefonů po elektromobily, mají dvě elektrody – kladně nabitou katodu obsahující lithium a záporně nabitou anodu obvykle z grafitu. Roztok elektrolytu umožňuje pohyb iontů lithia tam a zpět mezi anodou a katodou při používání baterie a při jejím dobíjení.
Lithium-kovová baterie pojme na kilogram přibližně dvakrát více elektrické energie než dnešní běžné lithium-iontové baterie. Lithium-kovové baterie toho dosahují tím, že nahrazují grafitovou anodu kovovým lithiem, které dokáže uchovat podstatně více energie.
„Lithium-kovové baterie jsou velmi slibné pro elektromobily, kde je velkým problémem hmotnost a objem,“ řekl Zhenan Bao, profesor K. K. Lee na School of Engineering. „Během provozu však kovová lithiová anoda reaguje s tekutým elektrolytem. To způsobuje růst lithiových mikrostruktur zvaných dendrity na povrchu anody, které mohou způsobit vznícení a selhání baterie.“
Vědci se problémem dendritů zabývají již desítky let. „Achillovou patou lithium-kovových baterií byl elektrolyt,“ řekl Zhiao Yu, postgraduální student chemie. „V naší studii využíváme organickou chemii k racionálnímu návrhu a vytvoření nových, stabilních elektrolytů pro tyto baterie.“
Yu a jeho kolegové zkoumali, zda by mohli vyřešit problémy se stabilitou pomocí běžného, komerčně dostupného kapalného elektrolytu. „Předpokládali jsme, že přidáním atomů fluoru na molekulu elektrolytu by se kapalina stala stabilnější,“ řekl Yu. „Fluor je široce používaným prvkem v elektrolytech pro lithiové baterie. Využili jsme jeho schopnosti přitahovat elektrony a vytvořili novou molekulu, která umožňuje kovové lithiové anodě dobře fungovat v elektrolytu.“
Výsledkem byla nová syntetická sloučenina, označovaná zkratkou FDMB, kterou lze snadno vyrábět ve velkém. Když tým testoval nový elektrolyt v lithium-kovové baterii, výsledky byly fantastické. Experimentální baterie si po 420 cyklech nabíjení a vybíjení udržela 90 procent svého původního nabití. V laboratořích typické lithium-kovové baterie přestávají fungovat přibližně po 30 cyklech.
Přihlaste se, komentujte články a ukládejte si ty nejzajímavější k pozdějšímu přečtení.
Přihlásit se přes náš web
Ještě nemáte účet? Staňte se členem.