Výzkumníci z Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) vyvinuli úpravu elektrod, která může pomoci řešit jeden z hlavních problémů takzvaných bezanodových lithiových baterií. Tyto články nepotřebují samostatnou anodu, například z grafitu, protože se při nabíjení lithium ukládá přímo na měděný kolektor. Díky tomu mohou mít při stejném objemu vyšší podíl aktivního materiálu. Jejich využití ale dosud omezuje rychlá degradace během nabíjení a vybíjení.
Studii zveřejnil časopis Advanced Functional Materials. Tým vedený vědci z KAIST při ní upravil povrch měděné fólie pomocí nanofabrikace, tedy výrobních postupů umožňujících vytvářet struktury o rozměrech miliontin milimetru. Na mědi vznikla trojrozměrná síť drobných trubic o průměru přibližně 300 nanometrů a výšce 150 nanometrů. Povrch elektrody se tím zvětšil zhruba na čtyřnásobek oproti hladké měděné fólii.
Smyslem úpravy je rozdělit místa, na nichž se lithium při nabíjení ukládá. Na běžném rovném povrchu může růst nerovnoměrně a vytvářet větvené či jehlicovité útvary označované jako dendrity. Ty mohou zhoršovat funkci článku a v krajním případě přispět ke zkratu. Vědci proto vytvořili povrch, který podporuje rovnoměrnější vznik lithiových nánosů a omezuje jejich lokální hromadění.
Na měděné nanotrubice zároveň nanesli přibližně deset nanometrů silnou vrstvu materiálu MXene. Jde o dvourozměrný vodivý materiál, jehož povrch v použitém elektrolytu podporuje vznik ochranné vrstvy bohaté na fluorid lithný. Tato vrstva, známá jako pevná elektrolytová mezifáze, odděluje lithium od elektrolytu a omezuje nežádoucí chemické reakce. Analýzy pomocí rentgenové fotoelektronové spektroskopie, hmotnostní spektrometrie sekundárních iontů a transmisní elektronové mikroskopie ukázaly, že se ochranná vrstva vytvářela podél nanostrukturovaného povrchu rovnoměrněji.
Účinnost řešení vědci ověřili v bezanodových článcích typu knoflíkové baterie s katodou NCM811 a s omezeným množstvím elektrolytu. Po 125 cyklech poskytl článek s měděným kolektorem pokrytým MXene kapacitu 78,1 mAh na gram a coulombickou účinnost 99,06 procenta. Coulombická účinnost vyjadřuje, jak velká část náboje vloženého při nabíjení se dá z článku znovu získat. Srovnávací článek s běžnou měděnou elektrodou dosáhl ve stejném testu kapacity 44,9 mAh na gram a účinnosti 95,01 procenta.
Výsledky zatím neznamenají, že technologie umožní okamžitě vyrábět menší elektromobilové baterie s delším dojezdem. Šlo o laboratorní články, nikoli o velké bateriové moduly nebo test v automobilu. Studie ale ukazuje, že stabilizace povrchu elektrody může prodloužit životnost bezanodových článků, aniž by bylo nutné přidávat větší množství lithia nebo silné ochranné vrstvy. Právě zachování nízké hmotnosti a tloušťky je pro případné využití tohoto typu baterií v dopravě podstatné.
Zdroj: ScienceDaily
Tento článek byl vytvořen s pomocí umělé inteligence a redakčně zkontrolován.