Japonci chystajú prelom. Bežná batéria padla na 62,7 %, upravená zostala po 1000 cykloch na 95,6 %
Vedci z Japonska objavili spôsob, ako výrazne spomaliť degradáciu lítiových batérií bez nutnosti meniť ich tradičnú grafitovú anódu. Špeciálna elektrolytická prísada pomohla testovaným článkom zachovať po 1 000 nabíjacích cykloch až 95,6 % pôvodnej kapacity, zatiaľ čo neupravené články klesli iba na 62,7 %.
Dostaň Fontech do svojich Google odporúčaní
Pridať ako preferovaný zdroj Fontech, odkaz sa otvorí v novom okneŽivotnosť lítiových batérií patrí medzi kľúčové parametre pri smartfónoch, notebookoch, elektromobiloch aj veľkokapacitných úložiskách energie. Kapacita každého článku sa totiž s pribúdajúcimi cyklami postupne znižuje a jedným z hlavných problémov je degradácia rozhrania medzi elektródou a elektrolytom.
Práve na túto oblasť sa zamerali vedci z Japan Advanced Institute of Science and Technology (JAIST). Vyvinuli chemickú zlúčeninu s názvom pentafluorofenyl tiopfén imín, skrátene FPTI, ktorá má zlepšiť ochrannú vrstvu vytvárajúcu sa na povrchu grafitovej anódy počas prvých nabíjacích cyklov.
Vrstva je známa ako SEI, teda solid electrolyte interphase. Hoci je veľmi tenká, pre fungovanie batérie je mimoriadne dôležitá. Umožňuje prechod lítiových iónov medzi elektrolytom a elektródou, pričom zároveň obmedzuje nežiaduce chemické reakcie.
Keď je SEI nestabilná, dochádza k spotrebe aktívneho lítia a postupnému rastu vnútorného odporu. Výsledkom je rýchlejšia strata kapacity a kratšia životnosť článku.
FPTI má tento problém riešiť už na začiatku života batérie. Výskumníci ho pridali do bežného elektrolytu v koncentráciách 2 a 4 miligramy na mililiter. Zistili, že zlúčenina reaguje prednostne počas prvých cyklov a pomáha vytvoriť stabilnejšiu a vodivejšiu SEI vrstvu na grafite.
Fluór vytvára na grafite odolnejšiu ochranu
Výsledky naznačujú, že FPTI mení chemické zloženie ochrannej vrstvy na anóde. Do SEI sa začleňujú zlúčeniny odvodené od síry a imínovej časti molekuly, zatiaľ čo fluorovaná časť podporuje vznik vrstvy bohatej na fluorid lítny.
Výsledkom je citeľne nižší elektrický odpor. Pri vyššej koncentrácii FPTI klesol odpor samotnej SEI zo 7,6 ohmu na 2,2 ohmu. Odpor spojený s prenosom náboja sa znížil zo 41,8 na 19,8 ohmu a zároveň sa zlepšila difúzia lítiových iónov.
Ešte výraznejší rozdiel sa ukázal pri dlhodobom cyklovaní. Grafitové články s 2 mg/ml FPTI si po 1 000 cykloch zachovali 89,4 % maximálnej kapacity. Pri koncentrácii 4 mg/ml to bolo až 95,6 %. Kontrolný článok bez prísady zostal iba na úrovni 62,7 % a výraznejší pokles kapacity sa pri ňom začal prejavovať približne po 350 cykloch.

To je zaujímavé najmä preto, že výskumníci nemusia meniť samotný grafit. Ten patrí medzi najrozšírenejšie materiály používané v anódach lítiovo-iónových batérií. Úprava elektrolytu alebo povrchu elektródy tak môže byť potenciálne jednoduchšou cestou než vývoj úplne nového typu anódy.
Prvá verzia však nefungovala v celej batérii
Výskum zároveň ukázal, že novú chemikáliu nemožno jednoducho pridať do každého článku a očakávať rovnaký výsledok. Keď vedci použili FPTI priamo v kompletnej batérii s katódou NMC811 a grafitovou anódou, zvýšil sa odpor na strane katódy a celkový výkon sa zhoršil.
Výskumníci preto zvolili odlišný postup. FPTI použili iba na predbežnú úpravu grafitovej anódy. Najskôr vytvorili vylepšenú SEI počas počiatočného cyklovania a následne zostavili kompletný článok už so štandardným elektrolytom.
Práve tento krok priniesol zaujímavé výsledky aj z hľadiska energetickej hustoty. Kompletný článok s grafitovou anódou upravenou pomocou 4 mg/ml FPTI dosiahol približne 233 Wh/kg. Pri koncentrácii 2 mg/ml to bolo asi 192 Wh/kg, zatiaľ čo neupravený článok dosiahol iba približne 130 Wh/kg.
Výskum tak ukazuje dôležitú vec: prísada, ktorá funguje výborne na jednej elektróde, nemusí byť automaticky vhodná pre celý článok. V tomto prípade sa ako perspektívnejší ukázal cielený prístup, pri ktorom sa upraví konkrétne rozhranie bez toho, aby chemikália pôsobila v celej batérii.
Cesta k dlhšej životnosti bez zmeny základnej konštrukcie
Potenciál podobného riešenia je značný. Predĺženie životnosti batérií by mohlo znížiť potrebu ich častej výmeny a zvýšiť využiteľnosť zariadení aj elektromobilov počas dlhšieho obdobia. Zároveň by mohlo pomôcť zachovať výkon článkov aj po stovkách či tisícoch cyklov.
Na komerčné nasadenie však technológia ešte nie je pripravená. Samotní výskumníci upozorňujú, že potrebné budú testy na väčších článkoch a v širšom rozsahu prevádzkových podmienok. Laboratórny výsledok po 1 000 cykloch je veľmi zaujímavý, no pri skutočných batériách treba overiť správanie pri rôznych teplotách, rýchlostiach nabíjania a dlhšej prevádzke.
Napriek tomu ide o pozoruhodný smer vývoja. Namiesto hľadania úplne nového materiálu môže budúcnosť lítiových batérií spočívať aj v presnom riadení chemických procesov na ich povrchu. FPTI ukazuje, že aj relatívne malý zásah do rozhrania medzi grafitom a elektrolytom môže mať výrazný vplyv na životnosť a energetické vlastnosti celého článku.
Čítajte viac z kategórie: Novinky
Ďakujeme, že čítaš Fontech. V prípade, že máš postreh alebo si našiel v článku chybu, napíš nám na redakcia@fontech.sk.
Teraz čítajú

Je 10-krát účinnejšia než bežné lieky. Vedci odhalili tajnú zbraň jedovatých hadov, toto nečakali

Vyrobili ich už 200-tisíc. Úspešné elektrické SUV dostane batériu, ktorá zvládne až 1 milión km

RECENZIA Zaklínač práve dostal brutálnu konkurenciu. Nové fantasy prináša vec, aká tu ešte nebola

Zmerali emisie 220 000 áut a výsledok je zarážajúci. Obľúbený pohon zlyhal na celej čiare

Tri roky čakania sa skončili. Na Netflix práve dorazil seriálový klenot
NAJČÍTANEJŠIE ZO STARTITUP

Kofola má tržby 231 miliónov eur. Najrýchlejšie jej rastie biznis, ktorý s ňou mnohí nespájajú
PREMIUMStačí ti 5-tisíc followerov a dokážeš zarobiť: Koľko dostávajú najlepší slovenskí influenceri? (ROZHOVOR)

Tunel za 1,7 miliardy eur: Ráž rozbieha megaprojekt tesne pred voľbami

Má 34 rokov a z PPF získal 1,8 miliardy eur. Kellnerov syn začína budovať vlastné investičné impérium

Neurológovia varujú pred obľúbeným trendom v stravovaní. Mozog ti zaň nepoďakuje
- 24 hod
- 48 hod
- 7 dní
-
- Tri roky čakania sa skončili. Na Netflix práve dorazil seriálový klenot
- Maličký európsky štát bude vyrábať rakety proti dronom. Sú drobné, lacné a Rusov pripravia o veľkú výhodu
- Zaklínač práve dostal brutálnu konkurenciu. Nové fantasy prináša vec, aká tu ešte nebola
- Slovenskí vodiči si musia dať pozor na nové radary. Rozdávajú pokuty aj bez zastavenia
- Zmerali emisie 220 000 áut a výsledok je zarážajúci. Obľúbený pohon zlyhal na celej čiare
-
- Nová česká komédia valcuje internet. Už mesiac ju ľudia nevedia prestať sledovať
- Slovenskí vodiči si musia dať pozor na nové radary. Rozdávajú pokuty aj bez zastavenia
- Tri roky čakania sa skončili. Na Netflix práve dorazil seriálový klenot
- Toto sa Volkswagenu podarilo. Lacný elektromobil ľudia vypredali na 10 mesiacov dopredu
- 36 týždňov sa scvrklo na pár dní. USA zrýchlili výrobu kľúčového materiálu pre hypersonické zbrane
-
- Nová česká komédia valcuje internet. Už mesiac ju ľudia nevedia prestať sledovať
- 2,6 kilometra pod zemou vzniká baňa novej generácie. Diesel v nej nahradilo 66 elektrických strojov
- Slovenskí vodiči si musia dať pozor na nové radary. Rozdávajú pokuty aj bez zastavenia
- Slovensko našlo spojenca pre nový jadrový reaktor. S rovnakou technológiou je roky pred nami
- 36 týždňov sa scvrklo na pár dní. USA zrýchlili výrobu kľúčového materiálu pre hypersonické zbrane
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

Kofola má tržby 231 miliónov eur. Najrýchlejšie jej rastie biznis, ktorý s ňou mnohí nespájajú
PREMIUMStačí ti 5-tisíc followerov a dokážeš zarobiť: Koľko dostávajú najlepší slovenskí influenceri? (ROZHOVOR)

Tunel za 1,7 miliardy eur: Ráž rozbieha megaprojekt tesne pred voľbami

Má 34 rokov a z PPF získal 1,8 miliardy eur. Kellnerov syn začína budovať vlastné investičné impérium

