Uložit více energie, snížit hmotnost a prodloužit dojezd. Právě tím směrem se ubírá vývoj baterií pro elektrická auta i leteckou dopravu. Čínský výzkumný tým nyní představil lithium-kovové články s energetickou hustotou až 602,5 Wh/kg. Pozoruhodný výsledek ovšem doprovází problém, který jejich využití v běžném elektromobilu zatím výrazně omezuje: nedostatečná životnost.
Pro majitele elektrického auta by podobná technologie mohla v budoucnu znamenat dvě věci. Buď by vůz při stejné hmotnosti baterie dokázal uložit více energie a dojet dál, nebo by si zachoval dosavadní dojezd s menší a lehčí baterií. Právě vysoká hmotnost akumulátorů je přitom jednou z nevýhod současných elektromobilů.
Než se však nové články dostanou do automobilů, musí vědci vyřešit jejich odolnost při opakovaném nabíjení. Laboratorní měření totiž ukázala, že samotná energetická hustota ještě není zárukou baterie vhodné pro každodenní provoz.
Působivé parametry, ale rychlý úbytek kapacity
Největší otazník nad novou technologií se objevil při zkoušce životnosti. Testovaný článek s kapacitou 10 Ah si po 180 nabíjecích cyklech uchoval 80 procent původní kapacity. Jinými slovy, během tohoto počtu cyklů přišel o pětinu své schopnosti ukládat energii.
Mohlo by vás zajímat
Pro běžné nasazení v elektromobilu je takový výsledek nedostatečný. Automobilová baterie musí zvládat dlouhodobé používání a opakované nabíjení, aniž by její kapacita tak rychle klesala. Výzkum proto zatím představuje především důležitý laboratorní posun, nikoli hotové řešení připravené pro sériová auta.
Přesto stojí dosažené hodnoty za pozornost. Za vývojem je společný tým laboratoře Tianmushan a univerzity Tsinghua, který pracoval s články typu pouch, tedy s měkkým pouzdrem. Jejich parametry se měnily podle toho, jaký materiál vědci použili na katodě.
Ternární katoda s vysokým podílem niklu umožnila dosáhnout energetické hustoty 550,7 Wh/kg. Ještě lepší výsledek přinesl materiál bohatý na lithium a mangan. V této konfiguraci vědci naměřili zmíněných 602,5 Wh/kg, což podle uvedeného srovnání představuje proti běžným dnešním trakčním bateriím zlepšení o více než polovinu.
Elektrolyt pomáhá chránit obě elektrody
Podstatnou součástí výzkumu je nová přísada do elektrolytu. Jejím úkolem je pomoci udržet stabilní prostředí na povrchu elektrod a omezit procesy, které články poškozují. Na katodě díky ní vzniká tenká ochranná vrstva. Ta omezuje degradaci materiálu při vysokém napětí. Ochranný účinek se zároveň projevuje také na anodě tvořené kovovým lithiem, kde se vytváří stabilní vrstva potlačující vznik dendritů.
Právě dendrity patří k dlouhodobým překážkám ve vývoji lithium-kovových baterií. Nová přísada tedy pomáhá řešit jeden z jejich zásadních problémů. Výsledky životnostní zkoušky nicméně ukazují, že k článku použitelnému v běžném automobilu zbývá ještě dlouhá cesta. Výzkum byl zveřejněn v odborném časopise a upozornil na něj také portál Elektrickevozy.cz.
Přednost mohou dostat drony a elektrická letadla
Autoři výzkumu vidí první příležitosti především v oblastech, kde má nízká hmotnost mimořádnou hodnotu. Zmiňují drony a elektrická letadla schopná kolmého vzletu a přistání, známá pod označením eVTOL. U těchto strojů rozhoduje každý kilogram, a vysoká energetická hustota je proto zvlášť důležitá.
Současné komerční lithium-iontové články s grafitovou anodou se podle uvedených údajů přibližují teoretické hranici kolem 350 Wh/kg. Nový výzkum tak ukazuje, proč se hledají jiné materiály a konstrukce, které by umožnily tuto úroveň překonat.
Na bateriích pro letecké využití pracuje také společnost CATL. Pro stroje eVTOL nabízí takzvané kondenzované baterie s energetickou hustotou až 350 Wh/kg. Vedle toho zkoumá lithium-vzduchovou technologii, u níž se uvádí teoretická hodnota až 12 000 Wh/kg. Jde však o teoretický potenciál, který nelze zaměňovat s parametry hotového komerčního článku. O těchto technologiích informoval web CarNewsChina.
Do autosalonů vede ještě dlouhá cesta
Přínos pro elektromobily může být v budoucnu značný. Vyšší energetická hustota nabízí prostor pro delší dojezd i snížení hmotnosti baterie. O praktické použitelnosti však rozhodne také to, kolik nabíjecích cyklů články zvládnou a jak rychle při nich budou ztrácet kapacitu.
Mohlo by vás zajímat
Další překážkou je přechod od laboratorních vzorků k průmyslové výrobě. Sami autoři jej označují za další krok vývoje. Dokud se nepodaří zvládnout výrobu ve velkém a současně prodloužit životnost, zůstane baterie s více než 600 Wh/kg především slibným výsledkem výzkumu. První praktické využití lze proto očekávat spíše u dronů než u elektromobilů čekajících na zákazníky v autosalonech.
Napsat komentář