MIT vyvíjí solid-state akumulátor bez degradace při nabíjení

Zejména elektromobily dnes velmi tlačí na vývoj nových typů akumulátorů, které budou bezpečnější než ty minulé. Vědci z MIT přišli na způsob, jak vyvinout solid-state články bez tekutého elektrolytu, které budou nejen bezpečnější, ale především se nebudou degradovat během nabíjení, což má zajistit výrazně lepší životnost. Za touto prací stojí Ju Li a jeho tým. Základem lithiových akumulátorů jsou běžně dvě elektrody, mezi kterými je elektrolyt, jímž při vybíjení a nabíjení putují lithiové ionty. Běžně je elektrolyt tekutý, což ale způsobuje spoustu problémů, jako je např. nestabilita a hořlavost akumulátorů. Solid-state akumulátory mají elektrolyt pevný, a tedy mnohem méně náchylný k explozím a jiným problémům. Bohužel ale mají jiný problém. Když se elektroda nabíjí nebo vybíjí, mění svou velikost a u pevného elektrolytu nemá kam růst, což způsobuje trhliny.

 

 

Tým Ju Liho toto ale vyřešil. Anodu vyrobil z "mixed ionic-electronic conductors" (MIEC) a dal jí šestistěnnou strukturu podobně jako u plástve. Tyto trubičky s rozměry mezi 100 až 300 nm v průměru jsou částečně naplněny čistým lithiem, ale zároveň jsou částečně duté. Když tak lithium expanduje při nabíjení, nejde směrem ven, ale dovnitř do prázdného prostoru. Venkovní velikost anody tak zůstává zachována a nijak neovlivňuje tuhý elektrolyt, který nepraská a nedeformuje se. “Electron and Li-ion insulators" (ELI) je pak speciální vrstvou mezi anodou a elektrolytem, která je absolutně chemicky stabilní při styku s lithiem, a jak již bylo řečeno, díky neměnnosti tvaru elektrody zůstává zachována i plná styčná plocha.

 

Prototyp akumulátoru byl v laboratořích nabit a vybit 100krát, přičemž tým nenalezl žádné praskliny, které by znamenaly, že se omezuje životnost akumulátoru. Vypadá to také na to, že elektroda může mít čtvrtinovou hmotnost při zachování její kapacity, což se dle vědců podepisuje na poloviční hmotnosti akumulátoru při stejné kapacitě. Další výhodou je i mnohem nižší potřeba kobaltu, niklu a jiných problematických materiálů. Jejich úlohu tu částečně zastupuje kyslík, kvůli jehož možným únikům sem ale vědci museli přidat tenkou vrstvu z roztavených solí. Kdy se ale dočkáme takových akumulátorů, je zatím ve hvězdách. Pokusy s čistými lithiovými katodami tu totiž byly už před mnoha lety (např. v roce 2014 vědci ze Stanfordu).

 

Zdroj: news.mit.edu