Sciencemag.cz
Doporučujeme
Baterie lithium-kov se od běžných Li-Ion článků liší tím, že mají anodu přímo z lithia namísto grafitu. V důsledku toho zvládnou na jednotku hmotnosti/objemu uložit více energie, což je důležité pro elektromobily i přenosnou elektroniku.
Americké Battery 500 Consortium má za cíl vyvinout vyvinout v praxi využitelné lithium-kovové baterie pro elektromobily, které by oproti současným produktům nabídly až třikrát větší hustotu energie. Problém ale představuje životnost těchto baterií. Rychle stárnou s tím, jak se během cyklů na anodě tvoří vlákna (dendrity) lithia, snižuje se mechanická stabilita elektrody i výkon baterie, nakonec může dojít ke zkratu/vznícení. Jednou z možností je používat různé speciální povlaky, které by vznik lithiových dendritů během nabíjení dokázaly omezit.
Lithium-kovové baterie navíc oproti Li-Ion rychle stárnou i v klidu, za 24 hodin se klidně vybijí o 2-3 %. Vědci ze Stanford University a SLAC National Accelerator Laboratory nyní stárnutí těchto baterií podrobně zmapovali pomocí sledování na atomární úrovni. Pokusy zahrnovaly např. bleskové vyjmutí elektrody z baterie, její okamžité zmražení a následující analýzu pomocí kryoelektronové mikroskopie.
Výsledek zní, že na vlastnosti baterií lithium-kov má velký vliv volba elektrolytu. Studie publikovaná v Nature Energy vysvětluje, že v dnešních Li-Ion bateriích dochází k něčemu na způsob pasivace. Elektrolyt koroduje povrch anody a tím snižuje její kapacitu, přitom se ale vytváří vrstva („mezifáze“) chránící před další korozí. V bateriích lithium-kov žádný podobný ochranný mechanismus neexistuje. Navíc se ukázalo, že elektrolyty s dobrými vlastnostmi pro nabíjení způsobovaly naopak rychlejší stárnutí. Je možné, že nakonec se ukáží vhodnější volbou elektrolyty s pomalejším nabíjením, které jsou chemicky méně reaktivní/agresivní a budou korozi elektrody provádět pomaleji. Optimalizovat by se měl jít také tvar anody, respektive vrstva lithia v kontaktu s elektrolytem (poznámka PH: ale tím se trochu dostáváme nazpět k dnešnímu stavu u Li-Ion; pro stabilitu je výhodné, aby elektroda byla z něčeho jiného než ze samotného lithia).
David T. Boyle et al, Corrosion of lithium metal anodes during calendar ageing and its microscopic origins, Nature Energy (2021). DOI: 10.1038/s41560-021-00787-9
Zdroj: SLAC National Accelerator Laboratory /TechXplore.com
