reklama
Aktuality  |  Články  |  Recenze
Doporučení  |  Diskuze
Grafické karty a hry  |  Procesory
Storage a RAM
Monitory  |  Ostatní
Akumulátory, EV
Robotika, AI
Průzkum vesmíru
Digimanie  |  TV Freak  |  Svět mobilně

Tenké proužky lithia jako cesta za lepšími akumulátory?

1.7.2021, Milan Šurkala, aktualita
Tenké proužky lithia jako cesta za lepšími akumulátory?
Vědci zkouší vylepšit vlastnosti lithiových akumulátorů mnoha různými způsoby. V Pacific Northwest National Laboratory zkusili, co udělá s jejich vlastnostmi ztenčení vrstev kovového lithia a výsledky vypadají slibně.
Lithiových akumulátorů existuje mnoho typů, mají různé výhody i nevýhody. Typické lithiové baterie v úložištích tak mají např. úplně jiné složení a odlišné vlastnosti než Li-Ion ve většině elektromobilů a vědci se pokouší vylepšit vlastnosti různých typů různými způsoby. V Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) si posvítili na články typu Li/NMC, které najdeme zpravidla v elektromobilech. Jednou ze slibných metod je nahrazení anody z grafitu anodou z čistého kovového lithia (není to zdaleka poprvé, co něco takového vědci zkoušeli, viz 1, 2, 3, 4, 5). Výhodou je vyšší energetická hustota, nevýhodou může být životnost. Vědci v PNNL zkusili, jak se na výkonu a životnosti projeví tloušťka samotných anod.
 
Li/NMC článek
 
Povedlo se jim vytvořit proužky lithia o tloušťce pouhých 20 µm a na prototypu knoflíkové baterie dosáhli energetické hustoty 350 Wh/kg. Tenčí proužky umožňují dosáhnout lepších reakcí elektrolytu a anody. Lépe řečeno, tento přístup vylepšuje chtěné reakce a naopak potlačuje ty nechtěné (při širších proužcích putuje elektrolyt hlouběji a přestává reagovat s lithiem, což utlumuje chemickou reakci a přispívá k dřívější "smrti" akumulátoru).
 
Pro představu, většina dnešních akumulátorů se pohybuje okolo 200-250 Wh/kg, ty nejlepší (komerčně dostupné) jsou na hranici 270 Wh/kg. Pokud jde o životnost, nynější články obvykle hovoří o životnosti na 1000 cyklů, tyto nově prezentované si po 600 cyklech udržely 76 % původní kapacity, což sice není vyloženě špatné, ale rozhodně je ještě co zlepšovat. Nicméně je vidět, že se to děje. Zatímco před 4 lety dosáhla laboratoř s těmito články životnosti jen 50 cyklů, po dvou letech se už dostala na 200 cyklů a nyní je na 600 cyklech.
 
Tady jde krásně vidět, že akumulátory, o nichž vycházejí články ve vědeckých časopisech, zdaleka nebývají finálním výsledkem, ještě stále prochází dalším vývojem, který dokáže významně vylepšit jejich vlastnosti v průběhu času, a také to, že to opravdu hodně dlouho trvá. Zde tu máme 4 roky od prvních výsledků a stále není hotov ani vývoj v laboratoři, natož aby následovaly další kroky pro komercializaci článků. Cílem konsorcia Battery500 je vyvinout článek, který by dosahoval hustoty 500 Wh/kg. 
 
Pojďme se ale podívat na ty nyní představené v hypotetické a zjednodušené rovině, co by jejich nasazení při výše zmíněné životnosti znamenalo dnes. Pokud vezmeme dnešní komerčně dostupný článek s 270 Wh/kg, pak by např. 300 kg článků dalo 81 kWh. Při spotřebě 18 kWh/100 km bychom měli dojezd 450 km. Baterie stárne, takže počítejme, že po 1000 cyklech bude na 80 %, tedy na 360km dojezdu. Pro jednoduchost předpokládejme lineární degradaci, takže v průměru 405km dojezd. Při 1000 cyklech to máme životnost na 405 tisíc km.
 
Zde máme 76 % kapacity už po 600 cyklech, což je jednoznačně horší. Na druhou stranu je tu ale vyšší hustota. 300 kg článků (to ale neznamená 300kg akumulátor) by tak při 350 Wh/kg nabídlo 105 kWh (podařilo-li by se zachovat tuto hustotu i v jiném formátu), tedy při stejné spotřebě a hmotnosti článků dojezd 583 km. Po 600 cyklech by byl dojezd 443 km, v průměru 513 km. Při 600 cyklech to máme cca 308 tisíc km. Jak vidíme, nové články jsou zatím horší, ale ukazují koncept, který rozhodně stojí za další zkoumání i s ohledem na to, jak se za poslední 4 roky povedlo významně zvýšit životnost.
 
Zdroj: pnnl.gov


Autor: Milan Šurkala
Vystudoval doktorský program v oboru informatiky a programování se zaměřením na počítačovou grafiku. Nepřehlédněte jeho seriál Fotíme s Koalou o základech fotografování.
reklama