Vedci z Dongguk University v juhokórejskom Soule oznámili zásadný prelom v oblasti lítiovo-iónových batérií. Tím pod vedením profesora Jae-Mina Oha vytvoril úplne nový hybridný materiál pre anódu, ktorý by mohol dramaticky zlepšiť kapacitu ukladania energie aj životnosť batérií.

Výsledky publikované v žurnále Chemical Engineering Journal opisujú kompozit s hierarchickou heteroštruktúrou, ktorý optimalizuje rozhrania materiálov na nanoskopickej úrovni. Výsledkom je mimoriadna stabilita pri dlhodobom nabíjacom a vybíjacom cykle a výrazne vyššia kapacita. Na tému upozornil portál InterestingEngineering.

Batéria, ktorá vydrží dlhšie a nabije sa rýchlejšie

Základnou inováciou je spojenie redukovaného grafénového oxidu (rGO), ktorý vytvára efektívnu elektrónovú sieť, s dvojvrstvovým hydroxidom niklu a železa (NiFe-LDH). Táto kombinácia umožňuje rýchly transport elektrónov aj rýchle ukladanie náboja cez pseudokapacitný mechanizmus.

Dongguk University

Kľúčovým prvkom štruktúry sú početné rozhrania medzi zrnami materiálu, ktoré zvyšujú aktívny povrch a tým aj kapacitu ukladania energie. Materiál sa vyrábal technikou vrstvenej samoorganizácie na polystyrénových formách. Po ich odstránení vznikla dutá guľovitá štruktúra. Tepelné spracovanie potom spôsobí premenu NiFe-LDH na nanokryštalický oxid niklu a železa (NiFe₂O₄) a amorfný oxid niklu (a-NiO), pričom GO sa zredukuje na rGO.

Výkon, aplikácie a výhľad do budúcnosti

Elektrochemické testy ukázali, že nový anódový materiál dosahuje špecifickú kapacitu 1687,6 mAh/g pri prúde 100 mA/g aj po 580 nabíjacích cykloch, čo je výrazne vyššia hodnota ako pri bežných grafitových anódach. Takýto výkon naznačuje potenciál pre široké využitie a to od spotrebnej elektroniky, cez obnoviteľné zdroje, až po elektromobily, kde by mohol zmierniť známy problém mnohých ľudí, ktorým je „stres s dojazdu“.

Je zaujímavé, že keď si vypočítame hmotnosť, ktorú by mala takáto batéria v modernom elektromobile (kapacita 80 kWh pri architektúre 800 V), tak sa dopracujeme k energetickej hustote až zhruba 1 kWh na gram hmotnosti. To znamená, že v takomto prípade by články v batérii vážili len zanedbateľných 80 gramov. K tomu pripočítame hmotnosť zvyšku batérie (ochranné obaly a konštrukcia, chladenie, tepelná izolácia, kabeláž a konektory, senzory, BMS, bezpečnostné prvky, atď.) a dopracujeme sa k hmotnosti niekde v okolí 100 kilogramov. To znamená, že takáto batéria je zhruba o 80 % ľahšia než batérie, ktoré používame dnes.

Freepik

Vedúci výskumu Jae-Min Oh zdôrazňuje, že budúce pokroky v batériových systémoch budú čoraz viac závisieť na synergii medzi viacerými materiálmi a nie len na vylepšovaní jedného komponentu.

„Tento výskum ponúka cestu k menším, ľahším a efektívnejším úložiskám energie pre elektroniku novej generácie,“ uviedol Jae-Min Oh.

Ak sa vývoj potvrdí aj v ďalších štúdiách a priemyselných testoch, materiál by sa mohol v praxi objaviť už v priebehu nasledujúceho desaťročia.

Čítajte viac z kategórie: Elektromobilita