Svätý grál batérií je už na dosah. Nemci vyriešili záhadu, ktorá roky brzdila revolúciu
Súčasné smartfóny, elektromobily a v podstate celá moderná spotrebná elektronika stoja a padajú na technológii batérií. Hoci lítium-iónové články poháňajú náš svet už desaťročia, pomaly narážajú na svoje technologické limity. Práve preto sa upiera pozornosť na batérie s pevným elektrolytom (solid-state), ktoré predstavujú revolučný skok vpred v bezpečnosti aj kapacite.
Dostaň Fontech do svojich Google odporúčaní
Pridať ako preferovaný zdroj Fontech, odkaz sa otvorí v novom okneNamiesto tekutého elektrolytu, ktorý poznáme z bežných batérií, využívajú pevný, často keramický materiál. Tento dizajn ponúka vyššiu energetickú hustotu a eliminuje riziko požiaru. Doteraz však mali tieto batérie obrovskú slabinu. Počas nabíjania v nich rástli drobné ihličkovité štruktúry zvané dendrity, ktoré dokázali prerásť cez pevný elektrolyt a spôsobiť fatálny skrat.
Výskumníkom z nemeckého Inštitútu Maxa Plancka pre udržateľné materiály (MPI-SusMat) sa však teraz podaril prelomový objav. Ako vyplynulo z najnovších zistení portálu Science Daily publikovaných pôvodne v prestížnom vedeckom časopise Nature, vedci presne identifikovali fyzikálny mechanizmus, ktorým tieto mäkké dendrity dokážu roztrhnúť extrémne tvrdú keramiku.
Dlho bolo záhadou, ako môže kovové lítium, ktoré je poddajné a mäkké doslova ako gumený medvedík, preniknúť cez tvrdú a pevnú keramickú bariéru. Existovali dve hlavné teórie. Prvá hovorila o mechanickom pnutí priamo v hrote dendritu, druhá o úniku elektrónov pozdĺž hraníc zŕn elektrolytu, kde sa následne hromadilo lítium. Pravda je však oveľa prozaickejšia a pripomína silu prírody.
Ako vodný lúč ničiaci skalu
Nemeckí vedci pod vedením doktorky Yuwei Zhang použili pokročilé metódy prípravy vzoriek a materiálovej charakterizácie pri extrémne nízkych kryogénnych teplotách a vo vákuu. Vďaka tomu zabránili nežiaducim reakciám s kyslíkom či vodou, ktoré by mohli výsledky skresliť. Zistili, že mäkké lítium sa správa ako kontinuálny vodný lúč, ktorý dokáže časom prerezať aj tú najtvrdšiu skalu. Hydrostatický tlak vnútri rastúceho dendritu vyvolá v keramickom elektrolyte krehký lom, čo nakoniec vedie k jeho prasknutiu.
Podobne ako v prípade iných materiálových záhad, napríklad keď vedci po 150 rokoch vyriešili záhadu kovu, ktorý sa ti roztopí v ruke, aj tu bolo kľúčom ísť až na úroveň jednotlivých atómov a mikroskopických štruktúr. Detailná analýza ukázala, že pred samotným hrotom dendritu nedochádza k hromadeniu lítia, čo definitívne vyvrátilo jednu z dvoch hlavných hypotéz.
Tri stratégie na odvrátenie katastrofy
Keď už vedci presne vedia, ako k deštrukcii dochádza, môžu konečne navrhnúť účinnú obranu. Tím z inštitútu MPI-SusMat už teraz pracuje na niekoľkých strategických riešeniach, ktoré by mohli dendritom definitívne zabrániť v ich ničivej ceste a priniesť tak novú generáciu batérií do komerčnej praxe.
Prvým spôsobom je mechanické spevnenie samotného pevného elektrolytu, aby lepšie odolával tlaku. Druhou, veľmi kreatívnou cestou, je vytvorenie kontrolovaných mikroskopických dutín v štruktúre elektrolytu. Tieto prázdne miesta by dokázali odkloniť smer rastu dendritov preč od zraniteľných oblastí. Treťou možnosťou je nanášanie špeciálnych ochranných vrstiev priamo na lítiové elektródy, čím by sa tvorba dendritov eliminovala už v samotnom zárodku.
Tento objav odstraňuje jednu z najväčších teoretických a praktických bariér, ktoré bránili masovej výrobe solid-state batérií. Prechod na túto technológiu nebude okamžitý, no vďaka pochopeniu správania materiálov na mikroskopickej úrovni sme k nemu bližšie než kedykoľvek predtým. Ak sa podarí tieto riešenia aplikovať v priemyselnom meradle, čaká nás skutočná energetická revolúcia. Naše smartfóny dostanú novú úroveň výdrže a elektromobily sa zbavia svojej najväčšej slabiny – obmedzeného dojazdu a pomalého nabíjania.
Čítajte viac z kategórie: Vesmír a veda
Ďakujeme, že čítaš Fontech. V prípade, že máš postreh alebo si našiel v článku chybu, napíš nám na redakcia@fontech.sk.
Teraz čítajú

Vedci spochybnili jednu z najznámejších teórií o vzniku života. Rozhodlo 100 000 simulácií

V areáli, kde vyrábali materiál pre jadrové bomby, vypukol požiar. Hlásia možný únik radiácie

Ľudstvo dostane nevyčerpateľný zdroj energie. Iba časť z neho nám dá elektrinu na milióny rokov

Vedci sú na stope jednej z najväčších záhad Slnka. V laboratóriu dosiahli teplotu 820 000 °C

Slovensko čaká historická šanca, aká tu nebola od roku 1999. Do vesmíru sa dostane prvá Slovenka
NAJČÍTANEJŠIE ZO STARTITUP
PREMIUMNa najlacnejší pohreb nestačí ani 1 000 eur. „Zosnulým nedávame topánky, mohli by za nami chodiť“ (ROZHOVOR)
PREMIUMSlovák Michal Valko pracoval s Zuckerbergom: Pozná expertov so 100-miliónovými odmenami, život mu organizuje AI

Známa banka mení od 1. novembra názov: Zmena sa dotkne 1,4 milióna Slovákov

Slováci môžu na daniach ušetriť až 2 170 eur: Jozef Mihál ukázal, ako získať peniaze späť
PREMIUMHypotéky 2027: Splátka môže narásť až o 2 000 eur. Odborník radí 5 krokov, ako sa pripraviť
- 24 hod
- 48 hod
- 7 dní
-
- BYD prerástlo Toyotu, Ford, GM aj Teslu dohromady. Ich automobilové impérium prepísalo históriu
- Potvrdené. Votrelec dostane nový film, na palube je aj Ridley Scott. Diváci však chcú niečo iné
- Nemci riešia bezpečnostnú nočnú moru elektromobilov. Po Volkswagene zasiahla aj Audi
- Netflix ukazuje najväčší vojnový film roka. Dorazí už čoskoro a ukáže tragický príbeh podľa skutočnosti
- Fantasy hit sa vracia vo veľkom. Nová séria sľubuje vojnu a zásadný zlom
-
- Nemci riešia bezpečnostnú nočnú moru elektromobilov. Po Volkswagene zasiahla aj Audi
- Vedci vytvorili motor, aký svet ešte nevidel. 2000-ročný vynález zvýšil elektrický prúd až 100-násobne
- Nové sci-fi konečne dorazilo online. Stojí za ním tvorca Gladiátora
- Pokutu môžeš dostať, aj keď si nešoféroval. Nový zákon sprísnil zodpovednosť všetkým vodičom
- Vodiči sú proti nim bezradní. Nové radary rozdávajú pokuty za niečo, čo by ti nikdy nenapadlo
-
- Vedci vytvorili motor, aký svet ešte nevidel. 2000-ročný vynález zvýšil elektrický prúd až 100-násobne
- Vodič išiel 81 km/h a prišiel o vodičák. Narazil na nekompromisné pravidlo
- Nemci riešia bezpečnostnú nočnú moru elektromobilov. Po Volkswagene zasiahla aj Audi
- Nepočuli motor ani žiadny zvuk. Čierny trojuholník s rýchlosťou 2 900 km/h zaskočil celý svet
- Nové sci-fi konečne dorazilo online. Stojí za ním tvorca Gladiátora
Volkswagen prepustí až 100-tisíc ľudí. Z Nemecka napriek tomu zazneli prekvapivé slová
Európa čakala veľký solárny prepad. Zatmenie ukázalo, prečo veľké číslo pre Slovensko neplatilo
Výrobcom počítačov a mobilov končí obľúbený trik. EÚ prísne skoncuje s falošnou ekológiou
Má stáť zelená energia 120 eur za MWh? ÚRSO označil zelenú energiu za drahý omyl, pravda je iná
Európa chcela odstrihnúť Putina, deje sa však opak. Dovoz ruského LNG prudko vzrástol
USA chystajú vesmírny štít za 160 miliárd eur. Prvý ostrý zásah príde v roku 2029
Mochovce dosiahli kľúčový míľnik. Štvrtý blok už rozbehol jadrovú reakciu
NAJČÍTANEJŠIE ZO STARTITUP
PREMIUMNa najlacnejší pohreb nestačí ani 1 000 eur. „Zosnulým nedávame topánky, mohli by za nami chodiť“ (ROZHOVOR)
PREMIUMSlovák Michal Valko pracoval s Zuckerbergom: Pozná expertov so 100-miliónovými odmenami, život mu organizuje AI

Známa banka mení od 1. novembra názov: Zmena sa dotkne 1,4 milióna Slovákov

Slováci môžu na daniach ušetriť až 2 170 eur: Jozef Mihál ukázal, ako získať peniaze späť
PREMIUM
