Nová technológia zdesaťnásobí kapacitu Li-ion batérií

Okrem toho aj výrazne zrýchli proces nabíjania.

,,Predstavte si batériu telefónu, ktorá dokáže fungovať po dobu celého týždňa a opätovne sa nabije iba za pätnásť minút." Takto sa začína tlačová správa od výskumníkov z Northwestern University. Podľa ich slov prišli na spôsob, ako zvýšiť kapacitu súčasných li-ion batérií desaťnásobne, a rovnako tak aj zrýchliť ich nabíjanie. To všetko naraz a s prísľubom nasadenia do reálnych produktov už za tri či päť rokov.

Aj po 150 cykloch nabíjania by nový druh batérií mal dosahovať stále asi päťnásobne vyššiu kapacitu, ako tie, ktoré máme vo svojich telefónoch dnes. Stopäťdesiat nabití neznie ako veľké číslo, pri bežnom používaní to však znamená rok aj viac prevádzky, a aj po tomto období by sme mali stále neporovnateľne lepšiu výdrž.

Princíp

Celý proces uchovávania a nabíjania elektrickej energie v Li-ion batériách, používaných napríklad v mobilných zariadeniach, spočíva v "ukladaní" iónov lítia medzi vrstvami na báze uhlíka. Pri využívaní energie z batérie sa tieto ióny presúvajú od anódy, cez elektrolyt, ku katóde. Pri nabíjaní je pohyb opačný. Charakteristiky batérií sú ovplyvnené dvoma faktormi - koľko iónov je možné uložiť ku elektródam (kapacita) a ako rýchlo sa dokážu presúvať od jednej ku druhej (rýchlosť nabíjania). Vedci z americkej univerzity vylepšili oba, a to až desaťnásobne.

Zatiaľ čo jeden ión lítia potrebuje na "uloženie" až šesť atómov uhlíka, pri použití polovodičov (konkrétne kremíka) je pomer diametrálne iný - k jednému atómu polovodiča sa uloží až štvorica iónov lítia. Týmto spôsobom sa výrazne navýši celková kapacita batérií.
Samozrejme, použitie vrstiev polovodiča nie je úplne nový nápad. Predchádzajúce pokusy však končili prevažne neúspechom, keďže sa materiál pri nabíjaní výrazne zväčšoval, čím vznikali trhliny a následná degradácia. Vedci z Northwestern University však namiesto nahradenia uhlíkových vrstiev medzi tieto vložili časti polovodičov, čím obišli jednu z nevýhod.

Rýchlosť nabíjania závisí od toho, ako rýchlo dokážu ióny prejsť z elektrolytu k anóde. Nová technológia vylepšuje tento parameter tým spôsobom, že pre ióny vytvorí akési "skratky", cez ktoré sa rýchlejšie dostanú k materiálu elektródy. Pomocou chemickej oxidácie sa vytvoria diery v jednotlivých vrstvách o priemere 10 až 20 nanometrov, cez ktoré sa ióny dostanú oveľa rýchlejšie na miesto určenia, pričom funkcia materiálu (viazanie častíc) ostáva zachovaná.

Výskum sa zameriaval zatiaľ iba na anódu, nasledovať bude ešte skúmanie možností zlepšenia pri katóde.