O krok blíže jednodušší výrobě baterií, které navíc mají větší stabilitu a delší životnost, se posunuli vědci z Fyzikálního ústavu AV ČR. V odborném periodiku Journal of Materials Chemistry A představili novou polopevnou látku pro baterie, která by mohla změnit budoucnost ukládání energie. Suspenzní elektrolyt s částečkami soli zlepšuje výkon a životnost dvouiontových baterií.
Baterii, zjednodušeně řečeno, tvoří galvanický článek, zdroj elektrického napětí, a elektrolyt, tedy kapalný nebo tuhý roztok, který vede elektrický proud. Na rozdíl od tradičních elektrolytů, které se v roztoku zcela rozpouštějí, obsahuje inovativní elektrolyt týmu českých fyziků suspendované částice soli. Ty se nikdy zcela nerozpustí, zůstávají v blízkosti povrchu elektrody a přirozeně vytvářejí vysoce koncentrovanou vrstvu aniontů, která udržuje chemickou rovnováhu baterie během nabíjení a vybíjení. Tím se snižují nežádoucí vedlejší účinky a baterie vydrží déle a lépe funguje.
„Nová technologie elektrolytu je mimořádně zajímavá pro bateriový průmysl. Lze ji začlenit do dvouiontových bateriových systémů, které využívají levnější a dostupné materiály. Náš objev posouvá dvouiontové baterie blíže k praktickým aplikacím v reálném světě,“ říká Jiří Červenka, vedoucí skupiny Materiály a systémy v nanoměřítku ve Fyzikálním ústavu AV ČR.
Dvouiontové baterie na rozdíl od běžných jednoiontových lithium iontových baterií využívají pro ukládání energie dva různé ionty z elektrolytu. To principiálně umožňuje dosažení vyššího napětí a energetické hustoty.
Své řešení jednoho z klíčových omezení dvouiontových baterií – rychlého vyčerpání aktivních iontů na rozhraní elektrod – vědci nazvali elektrolyt se suspendovanými částicemi soli (SPSE). Udržováním dostupnosti iontů přesně tam, kde jsou potřeba, minimalizuje SPSE koncentrační polarizaci a zvyšuje účinnost.
Stabilní na vzduchu, škálovatelný a kompatibilní s běžnými materiály
Elektrolyt je díky své stabilitě na vzduchu, tekutosti a snadné manipulaci i po delším skladování, vhodný pro výrobu a rozsáhlé aplikace. Přestože je pro jeho optimální funkčnost nutné stopové množství vody, neohrožuje stabilitu.
Při laboratorních testech prokázal nový elektrolyt stabilní výkon a kompatibilitu s běžně používanými materiály baterií, jako je zinek a grafit. Tyto vlastnosti ukazují na potenciál pro levné, škálovatelné bateriové systémy použitelné pro elektromobily, skladování energie z obnovitelných zdrojů a osobní elektroniku.
Odkaz na publikaci: Yitao He, Fafa Yu, Jiří Červenka. Salt Particle Suspension Electrolyte with Trace-Water for Improving Ionic Concentrations at Interfaces in Zinc-Based Dual-Ion Batteries.
doi.org/10.1039/D5TA00256G