Lítiové batérie sú dnes v každom type spotrebnej elektroniky. Hodinky, mobily, automobily, kuchynské spotrebiče, skrátka všetko. Výskumníci im však stále našli dôstojného nástupcu, ktorý by spĺňal prísne kritéria v oblasti bezpečnosti, udržateľnosť a výrobných nákladov. Zatiaľ to preto vyzerá tak, že takzvané Li-Ion články tu ešte zostanú nejaký ten piatok. Pozitívnou správou je, že vedci objavili jednoduchý spôsob ako zlepšiť výkon batérií a ich životnosť. O čo ide?
Vedci zo Standford Battery Center v Kalifornii v spolápráci s tímami z Toyota Research Institute a Massechusetts Institute of Technology zistili, že ak je lítiová batéria prvýkrát nabitá s nezvyčajne vysokým prúdom, pozitívne to zmení jej výkon. Životnosť takto nabitých batérií sa zvýšila údajne až o 50 percent, navyše prvé nabitie trvalo len 20 minút v porovnaní s bežne odporúčanými desiatimi hodinami. V rámci výskumu sa tiež podarilo objaviť zmeny v elektródach batérie, ktoré umožňujú navýšenie životnosti a výkonu batérií. “Táto štúdia prináša veľmi veľké očakávania. Výroba batérií je totiž mimoriadne cenovo, energeticky a časovo náročná. Začatie výroby nového typu batérie trvá dlho a je ťažké optimalizovať výrobný proces, keďže doň vstupuje priveľa faktorov,” uviedol Steven Torrisi z Toyota Research Institute, ktorý sa na výskume podieľal.
Jednoduchá a účinná metóda
Keď sa batéria nabíja, ióny lítia sa pohybujú od katódy k anóde, kde sa ukladajú. Pri vybíjaní, teda používaní, sa pohybujú opačným smerom. Tento proces je alfou a omegou pre pochopenie, ako funguje používanie a nabíjanie lítiovo-iónových batérií. Nová batéria má katódu, ktorá obsahuje maximálne množstvo lítiových iónov. Časom však dochádza k ich úbytku, čo spôsobuje postupné zhoršovanie výkonu batérií, ktoré je potrebné častejšie dobíjať a napokon aj meniť. Vedci teraz paradoxne tvrdia, že jedným zo spôsobov minimalizácie strát lítia a opotrebenia batérií je zámerná strata väčšieho percenta počiatočnej zásoby lítia počas prvého nabíjania batérie, ktoré prebieha ešte u výrobcu.
Stratené lítium sa stáva súčasťou tenkej vrstvy nazývanej interfáza tuhého elektrolytu (skr. SEI), ktorá sa vytvára na povrchu anódy. Táto vrstva vzniká počas prvých nabíjacích cyklov, keď sa niektoré zložky elektrolytu rozkladajú na povrchu anódy. Je zároveň dôležitá, pretože chráni anódu pred ďalším rozkladom elektrolytu, ktorý by spôsobil rýchlejšiu degradáciu batérie. “Správne nastavenie tejto vrstvy je natoľko dôležité, že sa takáto nabíjanie nazýva aj formačným nabíjaním,” vysvetlil jeden z výskumníkov, Šiao Kui.
V minulosti sa nastavenie vrstvy vykonávalo pomocou nabíjania článku veľmi nízkym prúdom počas dlhšieho obdobia – zhruba spomínaných desať hodín. Dlho totiž platila teória, že nabíjanie pri nízkych prúdoch vytvára najpevnejšiu SEI vrstvu. “Naše experimenty potvrdili, že nabíjanie s vysokým prúdom má veľký vplyv na priemernú testovaciu batériu, ktorej životnosť vzrástla až o 50 percent. Zároveň sa pri ňom deaktivovalo oveľa väčšie percento lítia – približne 30 percent v porovnaní s 9 percentami pri predošlých metódach. To sa však ukázalo ako pozitívum,” píše sa v správe, ktorú vedci zverejnili vo vedeckom časopise Joule.