Sledujte nás na YouTube

Technologické okénko: Samoléčící elektrody prodlouží životnost Li-Ion akumulátorů

Současné smartphony se za poslední dobu dostaly na takovou úroveň, kdy už si nemůžeme stěžovat na nedostatek výpočetního výkonu. Podobně je na tom i zbytek funkční výbavy, nicméně jeden neduh naše kapesní počítače trápí neustále.

Řeč je o tristní výdrži a kapacitě akumulátorů, které pohání většinu spotřební elektroniky. Mezi tu nejlepší variantu komerčně dostupného zdroje energie patří Li-Ion akumulátory, které však ani zdaleka nedosahují takových hodnot, jaké by uspokojily potřeby většiny spotřebitelů. Na co jsou uživateli čtyř či osmijádrové procesory, displeje s ultrajemným rozlišením, fotoaparáty s desítkami megapixelů, když i ten nejdražší smartphone na trhu, si s plně nabitou baterií vystačí maximálně dva až tři dny.

 

Na tuto problematiku se zaměřují vědecké týmy po celém světě ve snaze najít řešení, jenž by vylepšilo stávající technologie pro skladování elektrické energie. Mězi tyto odvážlivce patří i vědci ze Standfordu a laboratoří SLAC, kteří přišli na způsob, který by mohl výrazně snížit postupné opotřebovávání Lithium-Iontových článků s křemíkovou anodou. Tato varianta energetického úložiště má oproti konvenčnímu typu s anodou vyrobenou z uhlíku tu výhodu, že na sebe dokáže navázat až desetkrát více lithia.

 

Pro zajímavost: Křemík tvoří téměř třetinu zemské kůry.

Bohužel postupným nabíjením a vybíjením dochází k porušení struktury křemíku, což má za následek vznik mikrotrhlin, které rapidně snižují absorbci elektronů. Tento nedostatek se vědcům podařilo eliminovat za pomoci nově vyvinutého polymeru, který hledá inspiraci v živých organismech. Regenerace je nesmírně důležitým prvkem pro přežití v přírodě, jelikož zvyšuje životnost všech živých tvorů a to včetně lidí.

  

Fotografie zachycující regenerační schopnosti speciálního polymeru na křemíkové elektrodě.

Speciální polymer vychází z výzkumu umělé kůže, která je primárně určena pro roboty. Ten má proti běžným typům slabší vazby a tudíž může dojít k jeho tříštění. Nicméně oddělené fragmenty mají tu vlastnost, že se vzájemně přitahují a během několika hodin dojde k zacelení vzniklých trhlin. Tímto způsobem vylepšené elektrody v současné době dokáží přežít kolem sta cyklů bez snížení kapacity, což je zatím značně vzdáleno plánovaným hodnotám.

 

Cílem je totiž dosáhnout zhruba pěti set plných cyklů pro akumulátory používané v chytrých telefonech a 3000 cyklů pro články určené do hybridních automobilů. Je těžké soudit, zda je tato cesta tím správným směrem, jak zlepšit výdrž produktů napájených elektrickou energií či nikoliv. Skladování elektřiny je pro lidstvo jedním z nejvíce problematických témat a proto je jakýkoliv výzkum v tomto ohledu jasným přínosem.

Richard Streit

Redaktor serveru SMARTmania.cz, fanoušek mobilní a výpočetní techniky. Vyznává a aktivně provozuje adrenalinové sporty. Mezi další zájmy patří hudba, příroda a moderní vědy. Jeho velkou vášní je Apple a partnerský web CeskyMac.cz.

8 komentářů

  1. uni (neregistrovaný)

    Z článku jsem poměrně zmatený. Mám za té, že Li-Ion běžně dosahují 500 cyklů, u některých i více (Apple, HP byly v minulosti zmiňovány, např.). Tedy tento cíl mi přijde zmatený nebo článek patří 5 let zpět?

    Dál mě mate, zda se toto týká LiPol, u kterých je cyklů cca 300 a proto i přes lepší vlastnosti nejsou tak nasazovány do přístrojů (se zabudovaným a tedy uživatelsky nevyměnitelným akumulátorem), kde by toto bylo větším přínosem (LiPol má o 20% více energie než LiIon, ale ty cykly…).

    Nějak defakto nevím, co jsem se z článku dozvěděl…

  2. Richard Streit (neregistrovaný)

    Dobrý den, ano máte pravdu, že standardní Li-Ion články dosahují cca. 500 cyklů, než dojde k rapidnímu snížení jejich kapacity, nicméně to se bavíme o variantě s „klasickou“ anodou z uhlíku. V článku se nicméně hovoří o akumulátoru s křemíkovou anodou. Křemík má tu vlastnost, že dokáže na sebe navázat mnohem více lithia než uhlík. Bohužel při nabíjení/vybíjení dochází k „nafukování a smršťování“ křemíku, který po pár cyklech začne praskat a tím pádem absorbuje daleko méně lithia, než na počátku. Popsaný polymer tento nedostatek právě řeší. Ve zkratce to lze popsat tak, že vzniklé trhliny v křemíkové anodě se po nějaké době zacelí a nedochází tak ke ztrátě kapacity.

    • uni (neregistrovaný)

      Jo takto, tedy současné LiIon akumulátory mají uhlíkovou anodu, křemíková je lepší, ale až nyní se jim podaří dostatečné vlastnosti. Tedy se v této souvislosti můžeme těšit na o něco vyšší kapacitu oproti současným LiIon akumulátorům? Tímto důsledkem bych se příp. v článku chlubil především:-)

      Díky za upřesnění.

    • Richard Streit (neregistrovaný)

      Ano, tuším, že v druhém odstavci to zmiňuji, že tato varianta má výhodu, která tkví ve vyšší absorbci lithia. :-) O těchto typech Li-Ion akumulátorů se hovoří několik let, ale právě onen problém s „praskáním“ křemíku brání jejich nasazení. Co se týče kapacity, tak ta je zhruba desetkrát vyšší, než kterou nabízí nynější články.

    • uni (neregistrovaný)

      Aha, no to mi nedošlo s tou absorbcí. Nicméně vzhledem k řečenému a komentáři zde „…zhruba desetkrát vyšší….“, proč pak ta polemika na konci článku?

      „Je těžké soudit, zda je tato cesta tím správným směrem, jak zlepšit výdrž produktů napájených elektrickou energií či nikoliv.“

      Mě jakýkoli násobek přijde jako super pokrok, na tož pak řádový:-)

    • Richard Streit (neregistrovaný)

      Ta polemika na konci článku je z toho důvodu, že problematika týkající křemíkové anody má několik možných řešení. Kromě varianty kombinace s výše popsaným polymerem existuje několik dalších výzkumů, jejichž předmětem jsou jiné možnosti, jak zamezit degradaci vlastností křemíku při nabíjení/vybíjení akumulátoru

    • uni (neregistrovaný)

      Díky moc.

      Nicméně i přes milion tři podobné články, půjdu do obchodu a opět koupím…. to co posledních 10 let. Škoda.

    • martan1981 (neregistrovaný)

      Presne tieto otazky co uni som mal aj ja. Bez tejto diskusie je ten clanok menej ako polovicny. Navyse ta polemika na zaver je velmi nestastne napisana, bez dovysvetlenia vyznieva uplne inak ako autor zamyslal.

      Fakt by bolo dobre ten clanok o tu spominane info doplnit. Preco sa maju citatelia docitat to podstatne az v diskusii. Nic v zlom. Vyzera Richard ze sa tomu rozumies, ale pises ten clanok ako keby sa tomu kazdy tak rozumel. Pre takych ludi je vsak ten clanok zbytocny a pre tych co do toho az tak nevidia je bez vysvetlenia tu nedostatocny a matuci.

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *