Prelomový objav by mohol vyriešiť najväčší problém polovodičových batérií

Výskumníci z Harvardu vyvinuli nový typ polovodičovej batérie využívajúcej pevné elektródy a pevný elektrolyt na rozdiel od tekutých alebo polymérnych gélových elektrolytov používaných v bežných lítiovo-iónových alebo lítiovo-polymérových batériách, ktoré poháňajú väčšinu našich súčasných zariadení. Polovodičové batérie čelia mnohým problémom, ktoré bránia ich širokému nasadeniu, ako je napríklad horľavosť, obmedzené napätie, slabý výkon a štrukturálne nedostatky.

Výskumný tím teraz vytvoril malú vysokokapacitnú batériu veľkosti poštovej známky, ktorá je schopná vydržať viac ako 6000 cyklov nabíjania a vybíjania, pričom si zachováva až 80 % svojej kapacity (na porovnanie, priemerný smartfón zvyčajne vydrží približne 300 až 500 cyklov). Úplne sa nabije len za 10 minút. Dokument neuvádza, či a kedy by mohli byť tieto batérie dostupné, ale na technológiu bola udelená licencia spoločnosti Adden Energy, harvardskej spinoff spoločnosti, ktorú spoločne založili docent materiálovej vedy na SEAS Xin Li a traja absolventi Harvardu.

Polovodičové batérie nie sú novou technológiou, prvé boli vyvinuté už v 19. storočí. No aj najnovšie iterácie sa môžu ľahko skratovať alebo vznietiť v dôsledku tvorby dendritov na povrchu anódy. Dendrity môžu nakoniec preniknúť cez bariéru oddeľujúcu anódu a katódu a spôsobiť poškodenie. K tvorbe dendritov dochádza počas nabíjania, keď ióny lítia migrujú z katódy na anódu a priľnú k povrchu anódy prostredníctvom procesu známeho ako pokovovanie. Toto pokovovanie sa správa ako zubný povlak a vytvára nerovný povrch, ktorý môže batériu dokonca roztrhnúť.

Počas vybíjania treba tento povlak odstrániť, čo vedie k vzniku dier a medzier, čím sa zvyšuje riziko poškodenia. Tím už skôr navrhol riešenie: vytvoriť viacvrstvovú batériu, ktorá by obsahovala rôzne materiály vložené medzi anódu a katódu. Tento prístup však len spomaľuje a obmedzuje hromadenie dendritov lítia a zabraňuje ich prenikaniu.

Nový výskum prináša účinnejšiu metódu využívajúcu mikročastice kremíka na riešenie tohto problému. V novom dizajne kovové lítium obklopuje častice kremíka podobne ako tvrdá čokoládová škrupina lieskový oriešok v čokoládovej pralinke. Hoci sa táto metóda osvedčila, tím skúma možnosť použitia iných materiálov vrátane striebra, ktoré by mohli ponúknuť podobný výsledok a boli by jednoduchšie alebo lacnejšie na hromadnú výrobu. 

Tím úspešne použil technológiu na výrobu batérie vo veľkosti vreckového článku pre smartfón, ktorá je stále vo vývoji. Pokroky, ktoré dosiahol harvardský výskumný tím pri vývoji technológie polovodičových batérií, sú obrovským prísľubom pre budúcnosť skladovania energie.

Zdroj: techradar.com.