Student World

Dnešním nejrozšířenějším bateriím říkáme lithium-iontové, přičemž lithium je zde pouze součástí elektrolytu. Anoda ze stejné látky by představovala nejjednodušší řešení (vzpomeňte na „demonstrační“ články typu udělej si sám, kde se třeba používá měděná elektroda a roztok síranu měďnatého) a navíc přinášela i jiné výhody. Lithium je lehké, a nabízí tak vysokou hustotu uložené energie.

V současných bateriích se ovšem během nabíjení ionty lithia vylučují z roztoku na anodě, která bývá vyrobena z uhlíku nebo křemíku. Anoda z lithia má totiž velmi špatné mechanické vlastnosti, mění svůj objem příliš prudce a nerovnoměrně a de facto se rozpadá, taktéž vytváří různé výrůstky, mezi nimiž dochází ke zkratu. Z tohoto důvodu dosud čistě lithiové baterie dokázaly vydržet jen velmi málo nabíjecích cyklů, a i to s rychle klesající účinností. Existují i další nevýhody, kvůli reaktivitě lithia generuje čistě lithiová anoda při reakci s elektrolytem tolik tepla, že hrozí přehřátí, ba i výbuch. To se týká i některých modelů současných baterií, u čistě lithiových by příslušné riziko bylo ale ještě mnohem větší.

Tým výzkumníků ze Stanfordu (mj. Guangyuan Zheng, Guangyuan Zheng a Steven Chu, nositel Nobelovy ceny a bývalý americký ministr energetiky) vyřešili problém prostřednictvím tzv. nanosfér. Jde o velmi tenké kopule, které mají držet lithiovou anodu ve stabilním tvaru. Pružný film z amorfního uhlíku má tloušťku asi 20 nanometrů. Sám o sobě není reaktivní a během nabíjení dokáže zajistit kompaktnost anody, i když lithium zvětšuje svůj objem. Při rozpouštění lithia během práce baterie se fólie kolem anody zase stahuje.

Výsledkem je, že i po proběhnutí 150 cyklů si anoda stále zachovává více než 99% coulombickou účinnost – pro srovnání, u nechráněné lithiové anody klesá účinnost na 50 % už po 100 nabíjecích cyklech, navíc ani na začátku nepřesahuje 96 %. V praxi se dnes požaduje účinnost alespoň 99,9 %; to zatím nový článek nemá, této hodnoty by se však dalo podle autorů dosáhnout např. úpravou elektrolytu. Lithium není úplně levné, ale očekávané přínosy by měly nad náklady převládnout. Odhaduje se, že pokud se technologii podaří uvést do praxe, kapacita/výdrž současných baterií vzroste díky použití lithiové anody asi 4krát. To je zajímavé samozřejmě pro zařízení mobilní elektroniky, ale třeba i pro elektromobily.

Zdroj: Phys.org

autor Pavel Houser