- Křemíkové baterie s gelovými elektrolyty jako budoucí klíč k elektromobilitě?
- Gelový elektrolyt je bezpečnější a odolnější než ten tekutý
- Přidání křemíkových mikročástic zvyšuje hustotu energie v baterii až o 40 %
Světovou snaha o udržitelnou dopravu pohání inovace v oblasti elektromobilů. Dojezd baterií však stále představuje klíčovou překážku pro jejich masové rozšíření. Zatímco běžné elektromobily ujedou na jedno nabití cca 450 až 700 km, vědci usilují o dosažení milníku přes 1000 km. Výzkumný tým z katedry chemie na Pohang University of Science and Technology (POSTECH) v Jižní Koreji se v tomto úsilí ocitá na vedoucí pozici.
Křemík, hojně se vyskytující prvek s mimořádnou kapacitou ukládání energie, se ukazuje jako klíčový materiál pro nové baterie. Bohužel i on trpí některými nedostatky, kterými je problematická tendence jeho rozpínání a smršťování během nabíjení a vybíjení. To představuje značné technologické a výrobní výzvy. Alternativním řešením by mohla být produkce mikročástic křemíku, které problémy s rozpínáním baterie zmírňují.
Tým POSTECH vedený profesorem Soojinem Parkem a doktorandy Minjunem Je a Dr. Hye Bin Sonem navrhl nový přístup zahrnující gelové polymerní elektrolyty, které tyto problémy překonávají. Na rozdíl od tradičních kapalných elektrolytů poskytují gelové elektrolyty zvýšenou stabilitu díky své gelové povaze. Gelový elektrolyt je pevná látka, která se skládá z polymerní matrice a právě elektrolytu. V tomto případě je zde ještě přidán roztok soli lithia. Polymerní matrice zajišťuje pevnost a stabilitu gelu, zatímco elektrolyt umožňuje průchod iontů lithia, čímž umožňuje fungování baterie.
Předností gelového elektrolytu je skutečnost, že je méně náchylný k úniku a vznícení než tekuté elektrolyty používané v běžných lithium-iontových bateriích. To je důležité pro zlepšení bezpečnosti elektromobilů. Navíc jsou i odolnější vůči vibracím a extrémním teplotám než tekuté elektrolyty. To prodlužuje životnost baterie a umožňuje její použití v náročnějších podmínkách. Gelové elektrolyty umožňují rychlejší nabíjení a vybíjení baterie než tekuté elektrolyty.
Vědci využili elektronový svazek k vytvoření kovalentních vazeb mezi mikročásticemi křemíku (5 μm) a gelovým elektrolytem. Tímto způsobem se jim podařilo rozptýlit vnitřní napětí způsobené objemovou roztažností a dosáhnout stabilního výkonu i s mikročásticemi křemíku stokrát většími než ty, které se běžně používají.
Výsledky byly působivé. Zjistilo se, že stabilní baterie obsahující mikročástice křemíku dosahují až o 40 % vyšší hustoty energie a mají iontovou vodivost srovnatelnou s běžnými bateriemi. Tento průlom otevírá nové možnosti pro praktické využití křemíku v bateriích pro elektromobily. Kdy bychom se nicméně mohli dočkat nasazení nového typu baterií do komerčního využití, zatím zůstává ve hvězdách.
