Nové batérie môžu zvýšiť dojazd elektromobilov až päťnásobne

Lítiovo-sírové batérie môžu byť ďalšou generáciou energetických článkov, ktoré budeme používať v našich elektrických vozidlách. Vedci však ešte musia zabezpečiť ich dlhšiu životnosť. Práve to sa pokúsil dosiahnuť tím výskumníkov z Michiganskej univerzity vývojom batérie s 1000 cyklami, ktorá by mohla päťnásobne zvýšiť dojazd elektrických vozidiel. Lítiovo-sírové (Li-S) batérie majú oproti svojim lítiovo-iónovým (Li-ion) náprotivkom množstvo výhod. Teoretická hustota energie Li-S článku je 2510 Wh/kg v porovnaní s 300 Wh/kg pri Li-ion článkoch.

To znamená, že Li-S batérie dokážu uchovať dva až päťkrát viac energie ako Li-ion na jedno nabitie. Namiesto drahého kobaltu používajú síru, ktorá je lacnejšia a je to deviaty najrozšírenejší prvok na Zemi. No hlavná prekážka pre ich komerčnú životaschopnosť je v tom, že neznesú dostatočný počet nabíjacích cyklov. Nabíjanie Li-S batérie totiž spôsobuje hromadenie chemických usadenín, ktoré degradujú článok a skracujú jeho životnosť.

Tieto usadeniny tvoria tenké stromovité štruktúry nazývané dendrity, ktoré rastú na lítiovej anóde. Tým zhoršujú anódu a elektrolyt a môžu potenciálne spôsobiť skrat a prehriatie. Druhý problém sú tzv. polysulfidy lítia. Keď sú lítiové ióny absorbované sírovou elektródou (katódou), reagujú a vytvárajú zlúčeniny síry obsahujúce lítium, nazývané polysulfidy. Tieto zlúčeniny nielenže rozkladajú sírovú katódu, kde rastú, ale prúdia aj smerom k lítiovej anóde a viažu sa na ňu.

To spôsobuje izoláciu anódy a zhoršuje výkon batérie. Na vyriešenie týchto problémov výskumný tím vyvinul biologicky inšpirovanú membránu, vyrobenú z recyklovaného kevlaru, teda materiálu, ktorý sa používa v nepriestrelných vestách. Táto membrána umožnila výskumníkom skonštruovať sieť aramidových nanovlákien, ktorá dokázala úspešne zastaviť rast dendritov.

Na zabránenie toku polysulfidov lítia má mať membrána schopnosť vykonávať proces nazývaný iónová selektivita. Výskumníci teda museli zabezpečiť, aby kevlarová membrána umožnila tok iónov lítia medzi anódou a katódou batérie a zároveň blokovala tok polysulfidov. Na tento účel pridali do pórov membrány elektrický náboj a využili samotné polysulfidy. Keď sa polysulfidy lítia prilepili na membránu z nanovlákien, ich záporné náboje odpudzovali ióny polysulfidov lítia, ktoré sa naďalej tvorili na sírovej elektróde. Kladne nabité ióny lítia však mohli voľne prechádzať.

Podľa vedúceho výskumníka Nicholasa Kotova je dizajn batérie „takmer dokonalý“, pričom jej kapacita a účinnosť sa blížia k teoretickým limitom. Navyše dokáže odolávať extrémnym teplotám pri použití v automobilovom priemysle. Reálna životnosť batérie môže byť pri rýchlom nabíjaní približne 1000 cyklov, čo sa považuje za desaťročnú životnosť. Štúdia bola zverejnená v časopise Nature Communications.

Zdroj: thenextweb.com.