Křemíkové solid-state baterie od LG Energy ukazují možnou cestu

S křemíkovými akumulátory se na stránkách SHW nesetkáváme poprvé (1, 2, 3, 4). Různé týmy ale zkoušejí různé přístupy, a tak se liší i jejich výsledky. Vše pramení zejména z toho, že křemík má řádově vyšší specifickou kapacitu než grafit (3590 mAh/g proti 372 mAh/g u grafitu). Právě grafit je typickým materiálem, z něhož jsou dnešní anody v akumulátorech. Křemík by sice mohl dovolit uložit výrazně větší množství energie, ale má obrovskou nevýhodu v tom, že při vybíjení a nabíjení baterií výrazně mění svůj objem a moc si nerozumí s tekutými elektrolyty. Právě to je pak příčinou velmi nízké výdrže. V LG Energy a na University of California San Diego nicméně přišli s nápadem, jak tato omezení obejít.

 

 

Zatímco mnoho týmů se snaží grafitovou anodu nahradit anodou z kovového lithia, zde využili křemík a nejde zdaleka jen o křemíkové příměsi. Zmizel grafit i drtivá většina pojiv a překvapivě nevyužívá nanočástic křemíku, ale jen mikročástic, což je také levnější. Takové řešení by ale bylo se standardním tekutým elektrolytem velmi nestabilní, a tak využili pevnou verzi na bázi sulfidů.

 

Při nabíjení akumulátoru vznikne mezi křemíkem a elektrolytem jakési rozhraní, přes které putují lithiové ionty z katody do anody, kde vytváří křemíko-lithiovou směs. Tato struktura se dalším nabíjením "prorůstá" přes celou anodu. Než ale začneme jásat, tak nezapomeňme, že je zde sice méně lithia než v plánovaných akumulátorech s anodou z kovového lithia, ale katoda je vcelku standardní NMC811, tedy z niklu, manganu a kobaltu. Výhodou takových článků by spíše než ekologické přínosy byla vyšší energetická hustota a pevný elektrolyt.

 

První testy ukazují, že si akumulátor zachová asi 80 % původní kapacity po 500 cyklech, což sice není žádný zázrak, ale už to směřuje k něčemu, co by mohlo být s dalším vývojem v budoucnu i použitelné. Otázkou také je, zda se tento tým (nebo jiné týmy) v budoucnu zaměří i na problematiku katody. Výsledky prezentovaného výzkumu tedy rozhodně nečekejte brzy (během následujících několika let) na trhu.

 

Zdroj: cleantechnica.com, arxiv.org