Solid-state Li-S akumulátory se s životností dostaly na 25.000 cyklů
21.1.2025, Milan Šurkala, aktualita

Lithium-sírové akumulátory jsou další zajímavou alternativou k Li-Ion akumulátorům. Vědcům se postupně daří řešit jejich problém s nízkou životností. S novým pevným elektrolytem se dostaly dokonce na 25 tisíc cyklů.
Li-Ion akumulátory se dále vyvíjí a ve vývoji jsou i alternativní varianty. Jednou z nich jsou lithium-sírové akumulátory (Li-S), které mají obvykle výhodu ve vyšší energetické hustotě, na druhou stranu většina dosud představených modelů trpěla na nízkou životnost, ačkoli jsme tu už měli i varianty, které se dostaly přes 1000 cyklů, což je pro elektromobily s rozumným dojezdem (řekněme 500km+) více než dostatečné na to, aby to vydrželo celou životnost vozu pro drtivou většinu uživatelů (nájezdů přes 500 tisíc km dosahují jen promile vozů). Např. společnost Zeta u svých Li-S baterií nedávno mluvila dokonce o 2000 cyklech. Vědci z Německa a Číny to ale dotáhli ještě mnohem dál. Představili koncept plně solid-state lithium-sírové baterie (ASSLSB), kde vyřešili problémy s pomalým nabíjením i životností.
Bylo potřeba pevného elektrolytu, který potlačí problémy těch tekutých, jež u akumulátorů Li-S vedou k nízké životnosti i rychlému samovybíjení. Nejprve začali se skleněným materiálem z boru, síry a lithia (B2S3 a Li2S), ten ale vedl k mizerné vodivosti, takže to začali vylepšovat s pomocí fosforu a jódu. Právě jód se ukázal byl kriticky důležitým materiálem. Výrazně zrychlil reakce, tedy ve výsledku výměnu elektronů.
Vědci v tomto případě uváděli měrnou kapacitu akumulátorů (ne energetickou hustotu), ale i tak tu máme několik zajímavých dat. Ta činila 1497 mAh/g při nabíjení 2C s teplotou 30 °C. Takovou rychlostí by se celý akumulátor nabil za půl hodiny. Když se přešlo na nabíjení 20C (za 1/20 hodiny, tedy 3 minuty), kapacita klesla na 784 mAh/g. Vyzkoušeli i extrémně rychlé nabíjení 150C (za 1/150 hodiny, tedy 24 sekund) při teplotě 60 °C a bylo dosaženo 432 mAh/g.
Zajímavé ale bylo to, že při nabíjení 5C (za 1/5 hodiny, tedy 12 minut) byly baterie schopné vykázat udržení 80,2 % původní kapacity po 25 tisících cyklech. To je pro elektromobilitu až nevyužitelně vysoká životnost, což by mohlo znamenat, že by se dojezd po celou životnost vozu v podstatě neměnil. A to také není k zahození. Uvážíme-li 500km dojezd a budeme-li pro jednoduchost předpokládat lineární pokles kapacity, znamenalo by to, že oněch 80 % by dosáhl po ujetí více než 11 milionů km. V našem modelovém příkladě bychom to měli pokles dojezdu o 0,004 km za cyklus. Po 500 cyklech, tzn. cca 250 tisících km (průměrný nájezd šrotovaného vozu v USA, přičemž v EU je to o něco méně), by tak dojezd klesl o pouhé 2 km (tzn. o 0,4 %).
Nedávno se v Jižní Koreji objevil i jiný projekt akumulátorů Li-S, který při 5C vykazoval měrnou hustotu 705 mAh/g, tedy o trochu méně než čínsko-německý. V jeho případě ale byla životnost podstatně nižší, na 82 % původní kapacity to kleslo za 1000 cyklů. V tomto případě se využilo hořčíku u katody.
Zdroj: techspot.com, arstechnica.com, ilustrační foto síry (Gord McKenna, CC BY-NC 2.0, přes Flickr, dodána ilustrace baterie)