Nový objev může prodloužit výdrž Li-Ion baterií

V časopise Advanced Energy Materials tento tým zveřejnil článek o svých pokrocích ve zvyšování kapacity a rychlosti nabíjení Lithium-iontových baterií. Práce s názvem "In-Plane Vacancy-Enabled High-Power Si-Graphene Composite Electrode for Lithium-Ion Batteries" se popisuje způsob, jak až desetinásobně zvýšit efektivní kapacitu Li-Ion článků a zároveň výrazně zvýšit i rychlost nabíjení. Hovoří až o desetinásobném zlepšení v obou směrech.

Harold Kung

Kapacita současných Li-Ion baterií je limitována omezeným počtem atomů lithia, které "pojmou" elektrody. V současných bateriích je to jeden atom lithia na šest atomů uhlíku. Vědci dříve experimentovali s výměnou uhlíku za křemík, který dokáže navázat až čtyři atomy Li na jeden atom Si. Problém byl v tom, že atomy křemíku se se změnami úrovně nabití drasticky roztahují a smršťují, což způsobuje rychlý úbytek kapacity.

Rychlost nabíjení baterií je zase limitována rychlostí pohybů lithiových iontů. Ty jsou umístěny mezi velmi tenkými, ale dlouhými "listy" grafenu a proto musí při pohybu nejdříve "doplout" k jejich okrajům. Tam je navíc jakési "úzké hrdlo" celého systému, které pohyb (a tím i nabíjení) ještě více zpomalí.

Nová technologie řeší oba problémy: zvýšení kapacity by mělo být dosaženo tím, že je na anodě a katodě použit křemík, který je však vložený mezi zmíněné listy grafenu, což zvyšuje množství iontů lithia, které se na ně mohou navázat a zároveň zabraňuje zmíněnému roztahování křemíku. Se zvýšenou hustotou se zvyšuje i kapacita. Rychlost nabíjení se zvýšila díky vytvoření miniaturních otvorů v grafenových listech. Ionty tak nemusí cestovat až na okraje listů, mohou využít "zkratky" (otvory), čímž se zkrátí čas potřebný k jejich přesunu od středu článku k elektrodám a zpět a umožní jim to vyhnout se onomu úzkému hrdlu.

Technologie je ale ještě v plenkách a má svoje problémy. Tím asi největším je poměrně rychlá ztráta těchto lepších vlastností; po zhruba stopadesáti nabíjecích cyklech dochází k výraznému úbytku v obou směrech. I poté je na tom článek výrazně lépe než ty současné, ale už ne s takovým náskokem. Největší problém ale spočívá v tom, že je to "jen" technologie. Pokud se jí neujme nějaký velký výrobce a neprotlačí ji, upadne v zapomnění stejně jako mnoho dalších (zmiňme třeba starý nápad IBM na využívání methanolových palivových článků)

Zdroj: northwestern.edu (via Engadget)