Lítium-iónové batérie sú už dlhé roky základným kameňom v oblasti nabíjateľných batérií. S rastúcim dopytom po elektromobiloch však stúpa aj potreba udržateľnejších a lacnejších batérií. Doteraz sa väčšina batérií v elektromobiloch spoliehala na niklové a kobaltové  materiály, ktoré sú nielen drahé, ale aj problematické z hľadiska udržateľnosti.

Nová štúdia však naznačuje, že batérie založené na mangáne by mohli byť sľubnou alternatívou. Na tému v tlačovej správe upozornil portál EurekAlert.

Čas pohnúť sa ďalej

Výsledky tohto výskumu, publikované v žurnále ACS Central Science ukazujú, že oxid lítno-mangánový (LiMnO2) by mohol slúžiť ako účinný materiál pre kladnú elektródu v Li-ion batériách. Hoci bol LiMnO2 už v minulosti skúmaný, jeho výkon bol vždy obmedzený kvôli menej vhodnej kryštalickej štruktúre. Prelom nastal, keď vedci zistili, že použitím monoklinickej vrstvenej domény v materiáli môžu vyvolať štrukturálny prechod na efektívnejšiu spinelovú fázu.

Ukázalo sa tiež, že LiMnO2 by mohol priniesť významné zlepšenia v oblasti výkonu a udržateľnosti batérií, čo by mohlo mať ďalekosiahle dôsledky pre automobilový priemysel.

Yokohama National University

Kľúčom k úspechu je už spomínaná monoklinická štruktúra  (tri rôzne dlhé osi kryštálu, dve z nich zvierajú kosý uhol, tretia je k prvým dvom kolmá) tohto materiálu, ktorá umožňuje štrukturálnu premenu na stabilnejšiu spinelovú fázu. Táto transformácia je zásadná pre zlepšenie výkonu batérie, keďže bez nej by LiMnO2 nebol dostatočne efektívny. Tím vedcov dokázal túto štruktúru priamo syntetizovať pomocou jednoduchej metódy, čo znižuje potrebu zložitých a nákladných výrobných procesov.

Nový materiál dosahuje energetickú hustotu až 820 Wh/kg, čo je lepší výsledok ako pri niklových batériách, ktoré dosahujú okolo 750 Wh/kg. Navyše, LiMnO2 nepreukazuje žiadne známky poklesu napätia, čo je bežný problém u batérií založených na mangáne, ktorý môže negatívne ovplyvniť dlhodobý výkon.

Napriek tomu zostávajú určité technické výzvy, ako napríklad možné rozpúšťanie mangánu. Tento problém však možno riešiť použitím koncentrovaného elektrolytu a špeciálneho povlaku, čím by sa životnosť batérie výrazne predĺžila.

Ak sa tieto sľubné výsledky premenia do praxe, LiMnO2 by mohol otvoriť novú kapitolu v oblasti elektrických vozidiel, kde by sa výkon, cena a udržateľnosť dostali na úplne novú úroveň. Výsledkom by mohli byť nielen ekologickejšie, ale aj cenovo dostupnejšie elektromobily, ktoré by sa mohli stať normou v blízkej budúcnosti.