Nová technológia sľubuje až milión kilometrov dojazdu pre batérie elektromobilov

Tradičné lítium-iónové batérie, ktoré tvoria základ väčšiny dnešných elektromobilov, sa časom nevyhnutne degradujú. Tento proces je spôsobený rozpadom drobných kryštálov v ich niklových katódových materiáloch počas opakovaných cyklov nabíjania a vybíjania. Táto postupná degradácia vedie nielen k znižovaniu kapacity a dojazdu vozidla, ale aj k nákladným výmenám batérií, čo predstavuje významnú finančnú a environmentálnu záťaž.  

Riešenie tohto zásadného problému prichádza vo forme inovatívneho dizajnu batérií, ktorý sa zameriava na takzvané jednokryštálové katódy. Namiesto mnohých malých kryštálov sa katódový materiál formuje ako jeden veľký kryštál. Jednokryštálové materiály sú inherentne odolnejšie voči poškodeniu a ponúkajú potenciálne výrazne dlhšiu životnosť batérií. Tento prístup predstavuje zásadnú zmenu v materiálovom inžinierstve, ktorá presahuje bežné, postupné zlepšenia.

Zdroj Foto: ACS Applied Materials & Interfaces

Ak sa táto technológia široko uplatní, dramaticky sa zníži potreba častých výmen batérií, čo má potenciál výrazne znížiť celkové náklady na vlastníctvo elektromobilu a zvýšiť ich atraktivitu pre spotrebiteľov, čím sa urýchli ich masové prijatie. Kľúčový objav v tomto smere dosiahli vedci z Pohang University of Science & Technology v Južnej Kórei, pod vedením Kyu-Young Parka. Zistili, že zahrievanie katódového materiálu nad 850 stupňov Celzia spôsobuje spájanie a rast drobných zŕn.

Tento proces eliminuje vzduchové vrecká a vytvára spevnenú, zhustenú štruktúru, ktorá je mimoriadne odolná voči opotrebovaniu a praskaniu. Je známe, že hoci zvýšenie obsahu niklu v katódach zvyšuje energetickú kapacitu batérie, zároveň vedie k praskaniu a rýchlejšiemu poklesu výkonu. Tieto zlyhania sú spôsobené kolapsom kryštálovej štruktúry, keď príliš veľa lítia opúšťa batériu počas vybíjania, čo vedie k tvorbe trhlín medzi zrnami.

Zdroj Foto: ACS Applied Materials & Interfaces

Najúčinnejšou metódou, ako tomu čeliť, je kontrola mikroštruktúry katódy. Zabezpečenie vyváženej veľkosti zŕn a distribúcie pórov umožňuje rovnomerné absorbovanie mechanického stresu a spomaľuje degradáciu. Jednokryštálové katódy, vytvorené pri vysokých teplotách, sa vyhýbajú praskaniu práve preto, že im chýbajú hranice zŕn, čo im prepožičiava vynikajúcu odolnosť.

Okrem predĺženia životnosti batérií sa nová technológia zaoberá aj naliehavou environmentálnou výzvou, ktorú predstavujú použité batérie z elektromobilov. Tieto batérie obsahujú toxické kovy ako kobalt, nikel a mangán, ktoré môžu kontaminovať pôdu a vodu, ak nie sú správne zlikvidované, čo vedie k takzvanej „kríze odpadu z batérií“. Skutočná udržateľnosť elektromobilov teda nespočíva len v ich efektivite počas používania, ale aj v riadení celého ich životného cyklu.

Na riešenie tejto krízy sa vyvíjajú viaceré inovatívne riešenia likvidácie batérií. Medzi ne patria zlepšené recyklačné techniky, ako je hydrometalurgia, ktorá využíva chemikálie na rozpúšťanie a separáciu kovov na opätovné použitie, a priama recyklácia, ktorá obnovuje komponenty batérie bez ich úplného rozkladu.  

Zdroj Foto: ACS Applied Materials & Interfaces

Ďalšou cestou sú aplikácie „druhého života“, kde použité batérie z elektromobilov, ktoré si často zachovávajú 70 až 80 percent svojej pôvodnej kapacity, môžu byť preorientované na menej náročné použitia, napríklad ako stacionárne úložiská energie pre siete obnoviteľných zdrojov.

Zároveň prebieha intenzívny tlak na vývoj nových typov batérií, ako sú batérie s pevným elektrolytom (solid-state) a sodíkovo-iónové batérie, ktoré používajú bezpečnejšie materiály a jednoduchšie dizajny pre ľahšiu recykláciu.   Vlády po celom svete tiež zohrávajú kľúčovú úlohu pri podpore udržateľnosti batérií.

Zdroj Foto: ACS Applied Materials & Interfaces

Zavádzajú predpisy pre programy spätného odberu batérií a ponúkajú stimuly na recykláciu s cieľom zlepšiť systémy zberu a spracovania. To naznačuje, že milión kilometrov dojazdu je síce skvelý cieľ, ale ak sa batérie na konci životnosti stanú toxickým odpadom, problém sa len presunie. Komplexné riešenia, ktoré zahŕňajú celý životný cyklus batérie, sú nevyhnutné pre skutočný „zelený“ dopad.  

Záver: thebrighterside.news.

^{Zdroj Foto: depositphotos.com.}