Výzkumníci ze Standfordovy univerzity možná přišli na způsob, jak vrátit život použitým lithiovým bateriím. To by mohlo výrazně prodloužit životnost elektromobilů, ale i baterií ve spotřebičích nové generace.
Během životního cyklu lithiových baterií v nich dochází k akumulaci malých „ostrůvků“ neaktivního lithia. Tím dochází ke snižování kapacity baterie pro ukládání energie a dobíjení. Výzkum ale ukázal, že je možné tyto lithiové útvary rozpohybovat tak, aby se dotkly elektrody. To částečně snižuje „slábnutí“ baterie. Životnost baterie se tím podle testů prodloužila skoro o 30 %.
Výdrž, váha i bezpečnost dominují současnému výzkumu
„Zkoumáme potenciál obnovování kapacity, o kterou lithium-iontová baterie přišla, s pomocí extrémně rychlého vybití,“ vysvětlil postup hlavní spoluautorka výzkumu Fang Liu. Výzkumná zpráva vyšla 22. prosince v časopisu Nature.
Řada výzkumných projektů se v současnosti soustředí na nové způsoby, jak vyrábět dobíjecí baterie s nižší váhou, delší životností, vyšší bezpečností a větší rychlostí nabíjení. Odrazovým můstkem jsou dnešní lithium-iontové baterie používané v mobilních telefonech, tabletech a elektromobilech. Jedním z nadějných směrů je vývoj lithiových baterií s využitím kovů, jejichž kapacita by byla na objem a váhu vyšší. To by znamenalo, že příští generace baterií do elektromobilů bude výkonnější, auto bude mít vyšší dojezd a baterie zabere méně prostoru.
„Posmrtné“ rozpohybování neaktivního lithia by mohlo ve zvýšení životnosti ještě dál pomoct.
Jak oživit “mrtvé” lithium
„Vždycky jsem o izolovaném lithiu přemýšlel jako o něčem špatném, protože baterie znehodnocuje a může být dokonce příčinou vznícení,“ komentoval výzkum Yi Cui, profesor Standfordské univerzity a výzkumník při Standfordském institutu materiálového a energetického výzkumu (SIMES), který studii vedl. „Ale objevili jsme způsob, jak toto „mrtvé“ lithium s pomocí napětí opětovně spojit s elektrodou, a tím ho znovu aktivovat.“
Záměr výzkumu se zrodil z dřívějších výpočtů, které naznačovaly, že by mělo být možné neaktivní lithium rozpohybovat čistě s využitím elektrického napětí v baterii. To nyní výzkumný experiment potvrdil v praxi.
Jako uvnitř baterie
Výzkumníci vytvořili prostředí blízké podmínkám v baterii, s lithium-niklovo-manganovo-kobaltovým oxidem v katodě (NMC), lithiovou anodou a izolovaným „ostrůvkem“ neaktivního lithia mezi nimi. Mohli tak přímo sledovat, co se děje v baterii během jejího provozu.
Tak mohli potvrdit, že neaktivní lithium není zcela „mrtvé“, ale na provoz baterie reaguje. Při nabíjení se lithium pomalu přibližovalo ke katodě, při vybíjení se naopak „plížilo“ na druhou stranu. Tohoto efektu by se dalo využít pro zvýšení životnosti reálných baterií, tím, že se změní technika nabíjení.
Klíč k úspěchu: Extrémně rychlé vybití
„Během vybíjení se deaktivované lithium posouvá k anodě, a tento pohyb je rychlejší při vyšším napětí. Přidali jsme tedy krok rychlého vybití bezprostředně po připojení k nabíjení, a díky tomu se lithium dostalo až k anodě. Díky opětovnému spojení tak může znovu fungovat v provozu baterie,“ uzavírá Fang Liu ze Standfordské univerzity.
