Nová elektroda lithiové baterie při používání vylepší sama sebe  
Materiáloví vědci udělali anodu pro lithiové baterie z oxidu niobičného. Ze začátku má amorfní strukturu. Po několika elektrochemických cyklech vybití a nabití se v této elektrodě přeskupí atomy a vytvoří doposud nevídaný typ krystalické nanostruktury. Výsledkem je výtečně stabilní baterie při vysokých rychlostech nabíjení.
Vlevo amorfní struktura nové elektrody, vpravo krystalická struktura. Kredit: Argonne National Laboratory.
Vlevo amorfní struktura nové elektrody, vpravo krystalická struktura. Kredit: Argonne National Laboratory.

Lithiové baterie mají řadu problémů. Jedním z největších je tvorba dendritů, vláknitých struktur, které se objevují na rozhraní mezi anodou, obvykle grafitovou, a elektrolytem lithiové baterie. Dendrity zhoršují výkon baterie. Mohou ji také zkratovat, přehřát nebo dokonce zapálit. Ke tvorbě dendritů přitom dochází při vyšších rychlostech nabíjení, které jsou přitom jedním z cílů snah o vylepšení baterií.

 

Hui (Claire) Xiong. Kredit: Boise State University.
Hui (Claire) Xiong.
Kredit: Boise State University.

Materiálová vědkyně Hui (Claire) Xiong z americké Boise State University a její spolupracovníci vyvinuli nový materiál pro elektrody, který umožňuje mnohem rychlejší nabíjení lithiových baterií. Funguje zcela pozoruhodným způsobem. Během procesu nabíjení proměňuje svou krystalickou strukturu. Vznikne nová forma materiálu, která umožňuje snazší pohyb iontů lithia. Prakticky tím odstranili zmíněnou Achillovu patu konvenčních lithiových baterií, kterým hrozí riziko dendritů.

 

Logo. Kredit: Boise State University.
Logo. Kredit: Boise State University.

Zásadní roli v tomto výzkumu sehrál oxid niobičný Nb2O5. Atomy této látky lze uspořádat do celé řady stabilních konfigurací. Vědci našli vcelku pohodlný způsob, jak toho dosáhnout. Nejprve udělali z oxidu niobičného anodu knoflíkové baterie. Ze začátku to byl amorfní materiál, neuspořádaná změť atomů. Pak se ale ukázalo, že po několika cyklech vybití a opětovného nabití se atomy oxidu niobičného přeskupí do uspořádané krystalické struktury.

 

Jde o nanostrukturu, jakou vědci doposud neviděli nebo ji přinejmenším nepublikovali. Tým Xiongové ji označuje jako „cubic rock-salt framework“, pro její blízkost krystalické struktuře kamenné soli. Tato nanostruktura umožňuje mnohem snazší transport lithiových iontů k anodě během nabíjení baterie. Výsledkem tohoto fenoménu je velmi slušná stabilita baterie s touto elektrodou při vysokých rychlostech nabíjení. Vědci doufají, že jejich přístup bude možné využít při vývoji dalších nových materiálů pro baterie nebo třeba polovodiče.

 

Literatura

New Atlas 8. 9. 2022.

Nature Materials 21: 795–803.

Datum: 13.09.2022
Tisk článku

Související články:

Lithiové mikrobaterie se 3D nanopórovými elektrodami vládnou všem     Autor: Stanislav Mihulka (24.04.2013)
Elektrody pro výkonné baterie z toxického vodního květu     Autor: Stanislav Mihulka (10.10.2015)
Experimentální chlórová baterie pojme mnohem více energie než Li-Ion     Autor: Stanislav Mihulka (30.08.2021)



Diskuze:

tak

Eva M,2022-09-15 18:54:12

určitě to svou hodnotu má - :) nicméně myslím, že na bagr na baterky si přeci jen počkáme :)

Odpovědět

Pantograf na dialnici

Macko Pu1,2022-09-13 16:41:00

Problemy riesi klasicke troleyove vedenie, s bateriou na minimalny dojazd. Nie vlacenie 500+ kilo baterii. Na dialnici by to ale frcalo tak do stovky a to som optimista.

Odpovědět


Re: Pantograf na dialnici

Josef Hrncirik,2022-09-13 21:30:59

Sado-masso zákazník však potřebuje být dezorientován, zmaten, pokořen, hypnotizován, zbičován a okraden.
Potom mu ani mu nedojde, že k anodě mu Si Ti musí doma přidat separátor, katodu, elektrolyt s přebytkem Li, přívodní elektrody a masivní a bezpečný hermetický kryt pro bezpečnost a chlazení. Nejspíš celé aku pak nutně váží 5x víc než pouhá anodová massa,"... that exhibits superb cycling stability with a capacity of 225 mAh g−1 at 200 mA g−1 for 400 cycles, and a Coulombic efficiency of 99.93% ..."
"...higher intercalation potential of Nb2O5 (~1.7V versus Li/Li+) relative to commercial
graphite electrodes (

Odpovědět


Re: Re: Pantograf na dialnici

Josef Hrncirik,2022-09-13 21:42:07

prostě se sprostě vymazalo, že to má napětí menší než běžné lion o 1,4 V. Tudíž to dá max 100 Wh/kg komplet aku. Vrstvičku Nb2O5 tl. 6 um vytvořili el. oxidací drahé Nb folie tl. 170 um. Tenšá se vyrobit nedá, elektrolyticky nanést taky ne.

Odpovědět


Re: Pantograf na dialnici

Petr Nováček,2022-09-14 13:46:13

Jenže to by bylo vhodné jen pro náklaďáky a autobusy a vybudovat troleje by stálo mnoho peněz. Indukce je také k ničemu, protože nepřenáší potřebné množství energie.
Nicméně v současné situace je to stejně jedno, protože elektřina je drahá, takže hlavní výhoda levnějšího provozu zmizela.

Odpovědět


Re: Re: Pantograf na dialnici

Karel Rys,2022-09-14 22:09:53

Ovšem pro majitele fotovoltaických elelektráren, kteří si mohou dobíjet doma, je to pořád varianta zajímavá, řekl bych.

Odpovědět

A teď otázka,

Václav Dvořák,2022-09-13 13:20:06

jaké jsou zásoby a cena niobu... Jinak to vypadá skvěle. Stejný efekt by mohl zafungovat i při rychlém vybíjení, kdy se stejně tak baterie zahřívá a snižuje se životnost.

Odpovědět

Libor Zak,2022-09-13 08:44:11

Na jednu stranu super zpráva. Na druhou stranu je sice lithium skvělý materiál na baterie a jeho výroba je zvládnutá, na druhou stranu je tento typ baterií spojen s těžko zlikvidovatelným odpadem, vysokou ekologickou zátěží při výrobě, nutností použití vzácných prvků a tím pádem omezenými zdroji a v neposlední řadě s poměrně nízkou životností, což souvisí s předchozími body. Takže nevím, jestli by nebylo lepší se soustředit na jiné typy baterií s celkově udržitelnějším životním cyklem, použitím dostupnějších surovin, které je možno recyklovat. Vím, že na to neexistuje infrastruktura, ale s tím, jak se na jedné straně ideologicky prosazují zákazy spalovacích motorů, tak na druhé straně nám vzniká obrovské potenciální riziko sesypání lithiového hospodářství, které je podobně jako plyn hodně závislé na geopolitické situaci a omezených zdrojích.
Za mě by měly být hlavní cíle cena, recyklovatelnost a vyměnitelnost článků. Elektromobily jejichž živostnost jako celku je velká, ale cena za výměnu baterií tak vysoká, že se spíše vyplatí výměna celého stroje. To není ekologický přístup ani náhodou. Automobil by měl být v udržitelném systému schopen sloužit kolem 30 let, ne 8 až 10 let. Z tohoto hlediska jsou na tom staré spalovací motory co se týče energetické stopy stejně nebo dokonce lépe, než dnešní elektromobily.

Odpovědět


Re:

D@1imi1 Hrušk@,2022-09-13 09:08:09

Teoreticky: najít udržitelnější bateriovou technologii - ano. Máte nějakou konkrétnější představu?

Podle mě nejudržitelnější baterie je olověná. Zdroje surovin jsou velké, výroba jednoduchá a recyklace vyřešená. Dokonce se Pb akumulátory za slušné peníze vykupují. Stačí si pohlídat, aby při zpracování neunikal elektrolyt ani olovo do životního prostředí.
Bohužel účinnost je horší a hodnotu Wh/kg mají špatnou. Pro elektromobilitu téměř nepoužitelné. Lithium je z principu nedostižné.

Nejlepší řešení je nemít ekonomiku, energetiku a dopravu postavenou na bateriích.

Odpovědět


Re: Re:

Vít Výmola,2022-09-13 12:59:34

Snad se rozběhne i výkup/sběr a recyklace litiových akumulátorů. Technicky tomu snad nic nebrání nebo ano?

Odpovědět


Re: Re: Re:

D@1imi1 Hrušk@,2022-09-13 13:32:10

Hlavní složku Pb akumulátorů - elektrody - stačí přetavit. A zreagované olovo vyredukovat na elementární kov. To by prakticky zvládnul kutil-chemik v domácích ve větrané dílně.
Lithiové akumulátory jsou ale závislé na velkém množství cenných prvků, které jsou však obsažené v malé koncentraci. Oddělení této složité směsi prvků je proto náročné, přitom málo výtěžné.
Je to oblast na celý další výzkum.

Odpovědět


Re: Re:

Václav Dvořák,2022-09-13 13:22:09

No jenže právě tohle je těžko realizovatelné. Jediná schůdná alternativa je asi vodík a palivové články. Ale v případě kombinace s VE/FVE je to další komplikace.

Odpovědět


Re: Re: Re:

D@1imi1 Hrušk@,2022-09-13 13:34:33

Nepotřebují náhodou palivové články také vzácné kovy jako katalyzátory?

Odpovědět


Re: Re: Re: Re:

Vojtěch Kocián,2022-09-14 06:41:40

Ne nezbytně, záleží, co od nich požadujete. V zásadě stačí nikl a kobalt, ale výkon, účinnost a životnost oproti článkům s platinou a paladiem, bude podobná jako u olověného akumulátoru proti lithiovému. Provádějí se nějaké pokusy s obalováním niklové elektrody grafenem, aby se v elektrolytu nerozpouštěla a fungovala opravdu jen jako katalyzátor, ale to je zatím jen na úrovni laboratorních pokusů.

Odpovědět


Re:

Gábor Vlkolinský,2022-09-13 09:29:11

Mne sa zdá tento poznatok úžasný a otvára priestor na ďalšie bádanie. Lítiové batérie odštartovali revolúciu v technike. To je realita a nie je najmúdrejšie zhadzovať ju fantáziou.

Odpovědět


Re:

Vít Výmola,2022-09-13 13:02:11

V zásadě máte pravdu, ale zrovna výzkum popsaný v článku odstraňuje jeden z hlavních problémů litiových baterií, které zkracují jejich životnost. A to je určitě dobrý krok, pokud se poznatek podaří zavést v praxi.

Odpovědět


Re:

Martin Zeithaml,2022-09-14 08:59:05

Kdysi jsem mněl možnost svézt se Škodovkou favoritem Eltrou, olověné akumulátory, dojezd "jen" 60-80 km. Tenkrát jsem si říkal, že kdyby šel na trh tak bych do něj šel. Nechci ho vychvalovat, měl své mouchy, ale koncepce malého auta (nemyslím ty pidi vozítka co jezdí stěží čtyřicítkou) s dojezdem kolem 80-100 km na evropském trhu dost chybí. Tady se raději vyrábí el.SUV což je asi ta největší hovadina.

Odpovědět


Re: Re:

D@1imi1 Hrušk@,2022-09-14 10:44:40

Tak jsem si tu Eltru našel:
Výkon 15,4kW
Hmotnsot 1580 kg
Maximální rychlost 80km/h
Čas plného nabití 12 hodin
Evidentně to nebylo myšlené jako seriozní auto, ale jako bezemisní posunovadlo na drobné rozvážky. A v té době "bezemisní" mělo úplně jiný význam než dnes v době Euro 6.

Odpovědět


Re: Re: Re:

D@1imi1 Hrušk@,2022-09-14 11:03:40

Ten dojezd udávají jen 60-80Km. Spolu s dobou nabíjení je to šílená kombinace.

Jinak elektrická SUV smysl mají. Je to prostě luxusní zboží. Alternativně by si majitel koupil jiné SUV se čtyřlitrovým osmiválcem. Elektro SUV má ještě větší zrychlení a nižší těžiště.
Ekologii by samozřejmě prospělo jezdit malými auty a po dálnici se nehonit rychleji než 120km/h. Bez ohledu na druh pohonu.

Odpovědět


Sdílené elektro+mobily + sdílené aku. + sdílené spolupasažérky + sdílené elektrárny + sdílené banky+ sdílený FED + sověty =

Josef Hrncirik,2022-09-14 12:48:49

Odpovědět


Re: Re:

Vít Výmola,2022-09-14 20:57:16

Elektrické SUV není hovadina ani náhoda. Do velkého a drahého SUV se snáze schová těžká a drahá baterie. O ničem jiném to není...

Odpovědět


Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku








Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace