Zahřívací Li-Ion baterie. Kredit: Chao-Yang Wang Lab, Penn State.

Technologie s elektrickým pohonem, v čele s populárními elektromobily, stále velice těsně závisejí na nabíjitelných bateriích. Řada výzkumných týmů intenzivně pracuje na vývoji nových typů baterií, které by dále usnadnily provoz elektrických vozidel nebo třeba letounů. Američtí vědci a inženýři vyvinuli novou lithium-iontovou baterii, která se při nabíjení zahřívá, zatímco při vybíjení zůstává její teplota stálá.

S touto baterií prý bude možné nabít elektromobil na jízdu delší než 300 kilometrů za pouhých 10 minut. Jestliže se podaří vývoj této baterie dotáhnout do komerční podoby, tak by mohla prodloužit dojezd a tím přinést zvrat ve vnímání bezpečnosti vozidel s výhradně elektrickým pohonem.

Chao-Yang Wang. Kredit: Pennsylvania State University.

Vědci zjistili, že existuje silná poptávka po bateriích pro elektromobily, které by bylo možné dobíjet za velmi krátký čas. To ale znamená, že baterie musí rychle pojmout asi 400 kilowattů nabíjecího výkonu. Soudobé baterie elektrických vozidel něco takového nezvládnou. Riskovaly by tím, že se kolem jejich anody vytvoří kovové lithium, což dramaticky zkrátí životnost dotyčné baterie.

Běžné lithium-iontové baterie se nabíjejí i vybíjejí za stejné teploty. Chao-Yang Wang z americké Pennsylvania State University a jeho spolupracovníci obešli problém s tvorbou vrstvy kovového lithia tak, že se jejich nová baterie ohřívá. Nabíjí po dobu několika minut za zvýšené teploty 60 °C, zatímco její vybíjení probíhá za nižší teploty. Podle tvůrců baterie je klíčové, aby zahřátí baterie proběhlo rychle. Pokud by tato baterie zůstala zahřátá delší dobu, tak by to mělo zničující vliv na její životnost.

Penn State logo.

Aby Wang a spol. zajistili rychlé a zároveň rovnoměrně rozložené zahřátí nové baterie, tak pro její design použili samoohřívací strukturu z niklu. Díky této struktuře se baterie zahřeje za méně než 30 sekund. Důkladné experimenty ukázaly, že lithium-iontová baterie předehřátá na 60 °C vydrží bez problémů fungovat po 1 700 cyklů brutálně intenzivního nabíjení. Stejná baterie za běžné teploty přitom vydrží pouhých 60 cyklů.

Odborníci se doposud domnívali, že by lithium-iontové baterie neměly pracovat za vyšších teplot, kvůli riziku nežádoucích reakcí. Výzkum Wangova týmu ale ukázal, že přínosy rychlého nabíjení za teploty 60 °C dalece převyšují možné negativní dopady této teploty na baterii. Novou baterii by mělo být snadné vyrábět ve velkém, protože je založena na osvědčených komponentech. Niklová samoohřívací folie zvyšuje výrobní cenu baterie asi o 0,47 procenta. Výsledná cena je ale ve skutečnosti nižší, protože nová baterie nepotřebuje externí ohřívání. Wang s kolegy neusnuli na vavřínech a vyvíjejí podobnou baterii pro elektromobily, která by se nabila za 5 minut.

Video: Penn State's Chao-Yang Wang explains research toward more efficient battery

Literatura

Penn State News online 30. 10. 2019, Joule online 30. 10. 2019.