Pevné lithium-kyslíkové baterie, budoucnost nejen elektromobilů?
27.7.2016, Milan Šurkala, aktualita
Lithium-kyslíkové baterie mají mnoho výhod a mohou být teoreticky náhradou Li-Ion baterií. Bohužel, je zde i několik vážných problémů, které se vědcům už podařilo vyřešit. Baterie budou pevné místo kapalných, což zvýší jejich stabilitu i rychlost nabíjení.
O nových technologiích baterií slyšíme každou chvíli, málokdy se ale skutečně objeví v praxi a vývoj je stále jen evoluční a nikoli revoluční. Uvidíme, jak se povede poslední novince v podobě pevných lithium-kyslíkových (lithium-oxygen, lithium-air, Li-Air) baterií. Lithium-kyslíkové baterie již byly v minulosti představeny, tehdy ale ještě na kapalné bázi. Ju Li z MIT a jeho tým ale přinesl nové pojetí tohoto typu baterií, který odstraňuje většinu nevýhod a ponechává výhody.
Problémem lithium-kyslíkových baterií byl velký rozdíl mezi napětím při nabíjení a vybíjení, hovoří se až o 1,2 voltu. To se mimo jiné projevilo v obrovských ztrátách, kdy bylo až 30 % energie přeměněno na teplo a baterie se tak znatelně zahřívaly. To byl bezpečnostní problém, kdy mohlo při rychlém nabíjení dojít k požáru. A přiznejme si, rychlost nabíjení baterií je dnes jedna z klíčových vlastností jak u elektromobilů, tak i u elektroniky. Tyto baterie také potřebovaly ke své práci kyslík, který při vybíjení braly z atmosféry, naopak při nabíjení jej vypouštěly ven. Protože ale byly velmi citlivé na vlhkost a oxid uhličitý ve vzduchu, musely být vybaveny složitými filtry.
Nové varianty baterií už tyto problémy nemají. Využívají totiž pevných forem sloučenin lithia a kyslíku, které přechází mezi Li2O, Li2O2 a LiO2. S kyslíkem se nikdy nepracuje v jeho plynné formě. Není tak nutný jeho externí zdroj ani filtry. Rozdíl napětí při nabíjení a vybíjení klesl na 0,24 voltu a na teplo se přemění jen 8 % energie. Díky tomu se baterie méně zahřívají a je možné je nabíjet výrazně rychleji než původní lithium-kyslíkové verze.
Elektromobil Nissan Leaf by teoreticky mohl mít s novými bateriemi zvýšený dojezd z nynějších 199 km na téměř 800 km.
Nanočástice lithia a kyslíku se jmenují nanolithia a běžně jsou velmi nestabilní. Vědci ale použili speciální pomocnou mřížku z oxidů kobaltu, která zajišťuje stabilitu a bezpečné přecházení z a do různých stavů oxidů lithia. Není zde ani problém s přebitím, kdy při testu nedocházelo k žádným trvalým deformacím. Vědce také potěšilo to, že po 120 nabitích a vybitích se ztratilo jen 2 % kapacity baterie. Její životnost by tak skutečně mohla být v několika tisících nabíjecích cyklů místo obvyklých zhruba 300 u Li-Ion článků.
Díky těmto vlastnostem se tyto baterie mohou hodit jak do mobilních telefonů, tabletů a jiných elektronických zařízení, tak i do elektromobilů. Hovoří se o pětinásobné kapacitě Li-Air obecně, u pevných verzí je to pak čtyřnásobek. Díky tomu by běžný mobil i při znatelném používání mohl na jedno nabití vydržet týden a dojezd elektromobilů by se mohl pohybovat kolem 600-1800 km, což už je velmi dobrá hodnota. Vědci chystají praktické prototypy těchto baterií na příští rok.
Zdroj: news.mit.edu, extrahw.com
Problémem lithium-kyslíkových baterií byl velký rozdíl mezi napětím při nabíjení a vybíjení, hovoří se až o 1,2 voltu. To se mimo jiné projevilo v obrovských ztrátách, kdy bylo až 30 % energie přeměněno na teplo a baterie se tak znatelně zahřívaly. To byl bezpečnostní problém, kdy mohlo při rychlém nabíjení dojít k požáru. A přiznejme si, rychlost nabíjení baterií je dnes jedna z klíčových vlastností jak u elektromobilů, tak i u elektroniky. Tyto baterie také potřebovaly ke své práci kyslík, který při vybíjení braly z atmosféry, naopak při nabíjení jej vypouštěly ven. Protože ale byly velmi citlivé na vlhkost a oxid uhličitý ve vzduchu, musely být vybaveny složitými filtry.
Nové varianty baterií už tyto problémy nemají. Využívají totiž pevných forem sloučenin lithia a kyslíku, které přechází mezi Li2O, Li2O2 a LiO2. S kyslíkem se nikdy nepracuje v jeho plynné formě. Není tak nutný jeho externí zdroj ani filtry. Rozdíl napětí při nabíjení a vybíjení klesl na 0,24 voltu a na teplo se přemění jen 8 % energie. Díky tomu se baterie méně zahřívají a je možné je nabíjet výrazně rychleji než původní lithium-kyslíkové verze.
Elektromobil Nissan Leaf by teoreticky mohl mít s novými bateriemi zvýšený dojezd z nynějších 199 km na téměř 800 km.
Nanočástice lithia a kyslíku se jmenují nanolithia a běžně jsou velmi nestabilní. Vědci ale použili speciální pomocnou mřížku z oxidů kobaltu, která zajišťuje stabilitu a bezpečné přecházení z a do různých stavů oxidů lithia. Není zde ani problém s přebitím, kdy při testu nedocházelo k žádným trvalým deformacím. Vědce také potěšilo to, že po 120 nabitích a vybitích se ztratilo jen 2 % kapacity baterie. Její životnost by tak skutečně mohla být v několika tisících nabíjecích cyklů místo obvyklých zhruba 300 u Li-Ion článků.
Díky těmto vlastnostem se tyto baterie mohou hodit jak do mobilních telefonů, tabletů a jiných elektronických zařízení, tak i do elektromobilů. Hovoří se o pětinásobné kapacitě Li-Air obecně, u pevných verzí je to pak čtyřnásobek. Díky tomu by běžný mobil i při znatelném používání mohl na jedno nabití vydržet týden a dojezd elektromobilů by se mohl pohybovat kolem 600-1800 km, což už je velmi dobrá hodnota. Vědci chystají praktické prototypy těchto baterií na příští rok.
Zdroj: news.mit.edu, extrahw.com
