Elektrolyt batérií vyrobený z dreva má rekordnú vodivosť
- Autor:
- Roman Mališka
- Zverejnené:
- 22. 10. 2021
- Hodnotenie:
- Už ste hlasovali.
Dnešné lítiové batérie bežne používajú tekutý elektrolyt na prenášanie iónov medzi dvoma elektródami, no vedci, ktorí hľadajú solídne alternatívy, vidia niekoľko vzrušujúcich príležitostí. V novej štúdii použili celulózu získanú z dreva ako základ pre pevný elektrolyt, ktorý je tenký ako papier a môže sa ohýbať, aby absorboval napätie počas cyklu batérie.
Jedným z nedostatkov elektrolytov používaných v dnešných lítiových batériách je to, že obsahujú prchavé kvapaliny, ktoré so sebou nesú riziko požiaru v prípade skratu zariadenia. Môžu tiež podporovať tvorbu výrastkov podobných chápadlám nazývaných ako dendrity, ktoré znižujú výkon batérie. Pevné elektrolyty môžu byť vyrobené z nehorľavých materiálov, vďaka čomu je zariadenie menej náchylné na tvorbu dendritov a môžu otvoriť úplne nové možnosti v oblasti architektúry batérií.
Jedna z týchto možností sa týka anódy, jednej z dvoch elektród, ktorá je v dnešných batériách vyrobená zo zmesi grafitu a medi. Niektorí vedci vidia pevné elektrolyty ako kľúčový odrazový mostík k tomu, aby batérie namiesto toho fungovali s anódou vyrobenou z čistého lítiového kovu, čo by mohlo pomôcť prelomiť úzke miesto v hustote energie a umožniť elektrickým vozidlám a lietadlám cestovať oveľa ďalej bez nabíjania.
Mnohé z doteraz vyvinutých pevných elektrolytov boli vyrobené z keramických materiálov, ktoré sú vysoko účinné pri vodivosti iónov, ale kvôli ich krehkej povahe neznášajú tak dobre namáhanie počas nabíjania a vybíjania. Vedci z Brownovej university a Marylandskej univerzity preto hľadali alternatívu a ako východiskový bod použili celulózové nanofibrily, ktoré sa nachádzajú v dreve.
Tieto polymérne trubice pochádzajúce z dreva boli kombinované s meďou za vzniku pevného iónového vodiča, ktorý sa môže vyznačovať vodivosťou podobnou keramike a je 10 až 100-krát lepší ako ostatné polymérne iónové vodiče. Podľa tímu je to preto, že pridanie medi vytvára priestor medzi celulózovými polymérnymi reťazcami na vytvorenie takzvaných „iónových superdiaľníc“, čo umožňuje lítiovým iónom cestovať s rekordnou účinnosťou.
Vedci tvrdia, že začlenením medi s jednorozmernými celulózovými nanofibrilami preukázali, že normálne iónovo izolačná celulóza ponúka rýchlejší transport lítium-iónových častíc v rámci polymérnych reťazcov. V skutočnosti bolo zistené, že tento iónový vodič dosiahol rekordne vysokú iónovú vodivosť medzi všetkými pevnými polymérnymi elektrolytmi.
A keďže je materiál tenký ako papier a flexibilný, vedci sa domnievajú, že bude lepšie tolerovať stresy spôsobené cyklovaním batérie. Tiež hovoria, že má elektrochemickú stabilitu na umiestnenie lítium-kovovej anódy a vysokonapäťových katód, alebo by mohol pôsobiť ako spojivový materiál, ktorý obklopuje ultra hrubé katódy v batériách s vysokou hustotou. Používanie materiálov, ktoré ponúka príroda, by tak mohlo v budúcnosti znížiť celkový vplyv výroby batérií na naše životné prostredie.
Výskum bol publikovaný v magazíne Nature.
