Lithiové baterie, které se inspirují strukturou granátového jablka

27. květen 2014
Studio Leonardo

Výzkumníci ze Stanfordské univerzity spolu s kolegy ze SLAC National Accelerator Laboratory vyvinuli speciální typ lithium-iontových nabíjecích baterií, které mají asi 10krát větší kapacitu než dnes běžné typy s uhlíkovými anodami.

Jejich anody (záporně nabité elektrody) obsahují množství křemíkových nanočástic, jejichž oddělené shluky podobné vaječnému žloutku ve skořápce jsou obaleny malými grafitovými pouzdry, podobně jako jsou ve shlucích a v obalech uložena semínka uvnitř granátových jablek. Tyto akumulátory jsou pak schopny pojmout 10krát větší množství elektrického náboje v jednotce objemu než dnes používané lithium-iontové akumulátory. Při testech se prokázalo, že i po tisíci nabíjecích cyklech si takto inovovaná baterie udrží 97% původní kapacity.

Křemíkové nanočástice a jejich shluky ovšem při nabíjení zvětšují svůj objem, při vybíjení naopak zase celkově “splaskávají”. Tento dynamický proces by v přímém kontaktu nanočástic s elektrolytem časem vedl k rychlé degradaci anody a právě tento fakt vedl k nutnosti křemíkové částice uvnitř anody izolovat. Tak vznikla struktura podobná semínkům granátového jablka, která jsou uložena po shlucích a jejich shluky v pouzdrech. Grafitová pouzdra jsou přitom dokonale elektricky vodivá, takže elektrický náboj může nerušeně proudit baterií. Povrch malých shluků křemíkových nanočástic, který slouží k hromadění elektrického náboje a je sám pokryt jistou uhlíkovou mikroslupkou, je pak zhruba 10krát větší než povrch větších uhlíkových pouzder.

Křemíkové nanočástice a jejich shluky při nabíjení zvětšují svůj objem, při vybíjení naopak “splaskávají”

Tradiční grafitové anody mívají také strukturu menších uhlíkových shluků, avšak jejich účinný materiál časem při styku s elektrolytem degraduje. Podle dosavadních testů bude životnost baterií s anodami po vzoru granátových jablek podstatně větší. Hlavní překážkou na cestě k širokému uplatnění těchto nových typů baterií bude ale zřejmě způsob jejich výroby. Křemíkové nanočástice nejsou levné a tvorba potřebné struktury zatím vypadá poměrně náročně. Potenciálním levným zdrojem křemíkových nanočástic ovšem mohou být celkem dostupné rýžové plevy.

Zdroje: Inhabitat, EurekAlert, Phys.Org, SLAC, Nature Nanotechnology

autor: Pavel Vachtl
Spustit audio