Lítium-iónové batérie poháňajú naše smartfóny, tablety, notebooky a stále viac aj elektrické vozidlá, ktoré hrajú kľúčovú úlohu v prechode na ekologickejšiu budúcnosť. Napriek ich všestrannému využitiu čelí táto technológia zásadnému obmedzeniu. A to konkrétne relatívne krátkej životnosti. Priemerná lítium-iónová batéria vydrží približne 5 až 10 rokov alebo 500 až 1 500 nabíjacích cyklov. O téme informoval portál Interestig Engineering.

Pre mnohých používateľov, najmä tých, ktorí vlastnia elektromobily, je to významný problém, ktorý môže znamenať drahú výmenu batérie v priebehu niekoľkých rokov. Okrem finančného aspektu so sebou tento problém prináša aj environmentálne dôsledky. Výroba a likvidácia batérií zaťažujú životné prostredie, najmä kvôli ťažbe surovín, akými sú lítium a kobalt.

Predĺženie životnosti batérií by preto znamenalo nielen nižšie náklady pre používateľov, ale aj menší ekologický dopad. Vedci z Pohang University of Science and Technology (POSTECH) v Južnej Kórei nedávno dosiahli významný pokrok v tejto oblasti, keď objavili spôsob, ako výrazne zvýšiť výkonnosť a životnosť lítium-iónových batérií.

LLO ako nádej na lepšie batérie

Kľúčovou súčasťou lítium-iónových batérií je katóda, ktorá rozhoduje o kapacite batérie a jej energetickej hustote. Súčasné katódové materiály, ako sú oxid kobaltnatý lítia (LiCoO₂) a oxid niklu, mangánu a kobaltu (NMC), prinášajú spoľahlivý výkon.

Avšak, ani ony nie sú bezchybnými riešeniami. V posledných rokoch získava pozornosť inovatívny materiál nazývaný lítium-bohatý vrstvovitý oxid (LLO), ktorý ponúka o 20 % vyššiu energetickú hustotu a kapacitu než tradičné materiály.

Hoci LLO vyzeral na papieri ako ideálne riešenie, jeho využitie bolo obmedzené problémami so stabilitou. Pri nabíjaní a vybíjaní batérie dochádza k degradácii štruktúry materiálu, čo vedie k poklesu kapacity a skráteniu životnosti batérie. Hlavným dôvodom tejto degradácie je uvoľňovanie kyslíka z mriežkovej štruktúry LLO počas cyklického nabíjania.

Súčasným štandardom používaným v elektromobiloch, či smartfónoch sú Lítium-Iónové batérie, pričom ich výroba zaťažuje životné prostredie, Printscreen/YouTube

Minimalizácia úniku kyslíka

Vedci z POSTECH-u objavili, že interakcie medzi LLO katódou a elektrolytom sú zodpovedné za nežiadané uvoľňovanie kyslíka. Aby tento problém vyriešili, rozhodli sa zamerať na zloženie elektrolytu. Elektrolyt, ktorý uľahčuje pohyb lítiových iónov medzi katódou a anódou, často obsahuje látku nazývanú polarizovaný etylénkarbonát.

POSTECH tím navrhol odstránenie tejto zložky a vytvorenie vylepšeného elektrolytu, ktorý výrazne znižuje interakcie na rozhraní katódy a elektrolytu. Táto úprava elektrolytu priniesla pôsobivé výsledky. Po aplikovaní nového elektrolytu batérie s LLO katódou vykazovali mimoriadnu stabilitu.

Po 700 nabíjacích cykloch si dokázali udržať 84,3 % svojej pôvodnej kapacity, čo je výrazný posun v porovnaní so štandardnými batériami, ktoré po 300 cykloch dosahujú len približne 37 %.

Pixabay

Výhody pre budúcnosť technológií

Predĺžená životnosť batérií by mohla transformovať mnohé odvetvia. V segmente elektrických vozidiel by to mohlo zmierniť obavy zákazníkov z vysokých nákladov na výmenu batérií a urýchliť prechod na elektromobily. Okrem toho by tieto odolné batérie mohli nájsť využitie vo vesmírnom priemysle, kde je kritická spoľahlivosť a dlhá životnosť.

POSTECH vedci plánujú pokračovať vo výskume a zamerať sa na ďalšiu optimalizáciu LLO katódových materiálov. Tieto pokroky by mohli priniesť prelom v celkovom výkone batérií, ich udržateľnosti a ekologickom dopade.

Objav kórejských vedcov predstavuje zásadný posun vo vývoji lítium-iónových batérií. Ich práca ukazuje, že s inovatívnym prístupom je možné prekonať doterajšie limity katódových materiálov a posunúť hranice technológií. Ak sa ich výsledky prenesú do masovej výroby, môžeme očakávať batérie s dlhšou životnosťou, lepším výkonom a nižším environmentálnym dopadom.