Většinu technologií kolem nás považujeme za samozřejmost. Například mikropočítače pro telefony, které fungují bez dobíjení celý den. Ale chci, aby telefon fungoval 3-4 dny bez dobíjení. Nebo elektromobil, který ujede 1000 kilometrů, nabije se během několika minut... a stojí méně než auto s benzínovým motorem. O polovodičových bateriích se v průběhu let hodně mluvilo, ale jak se věci mají nyní? A na kolik si ještě budeme muset počkat solid state baterie skončí v našich zařízeních?
Nejnovějším příkladem je Toyota, která během zimních olympijských her oznámila automobil s pevnými bateriemi. Lithium-iontové baterie, které dnes používáme, jakkoli jsou skvělé, mají určité nevýhody, které se polovodičové baterie snaží vyřešit.
Oba typy využívají lithium k výrobě elektřiny a jejich obecná struktura je dosti podobná. Jednoduše řečeno, mají anodu (zápornou elektrodu), katodu (kladnou elektrodu) a elektrolyt.
Jejich hlavní rozdíl spočívá ve stavu elektrolytu, který napomáhá přenosu iontů z katody na anodu při nabíjení a naopak při vybíjení. Jinými slovy, elektrolyt reguluje tok elektrického proudu mezi zápornou a kladnou stranou baterie. Zatímco lithium-iontové baterie využívají tekuté elektrolyty, polovodičové baterie, jak už jejich název napovídá, využívají tenké vrstvy pevného elektrolytu.
Pevné elektrolyty mají řadu významných výhod:
Vlevo vidíme strukturu lithium-iontové baterie a vpravo strukturu polovodičové baterie.
3. Nižší hmotnost a velikost: Zatímco kapalina uvnitř lithium-iontových baterií je činí těžšími, kompaktní struktura polovodičových baterií umožňuje vyšší hustotu energie na jednotku plochy, což znamená, že je potřeba méně baterií.
Teoreticky ano, nebo alespoň k tomu věci směřují. Ve skutečnosti do této technologie již investuje mnoho automobilek, včetně Volkswagenu, Toyoty, Fordu a BMW. V praxi se však články polovodičových baterií vyrábí jeden po druhém v laboratořích, a aby se dostaly do sériové výroby - nákladný a stále nedostatečně rozvinutý úkol.
Je obtížné vyvinout pevný elektrolyt, který by byl jak stabilní, chemicky inertní, tak dobrý vodič iontů mezi elektrodami. Kromě toho jsou elektrolyty příliš drahé na výrobu a jsou náchylné k praskání kvůli jejich křehkosti, když se během použití roztahují a stlačují. Ale možná, jak se lithium-iontové baterie postupně stanou dostupnější, se to stane.
V posledních letech bylo provedeno mnoho zajímavých studií, které měly za cíl tento problém vyřešit. Výzkumníci MIT vyvinuli takzvané smíšené iontově-elektronové vodiče (MIEC) a také elektronické a lithium-iontové izolátory (ELI). Jedná se o trojrozměrnou buněčnou architekturu s nanoměřítky MIEC trubice. Trubky jsou naplněny lithiem, které tvoří anodu. Klíčovou součástí tohoto objevu je, že buněčná struktura umožňuje lithiu prostor pro expanzi a smrštění během nabíjení a vybíjení. Toto "dýchání" baterie zabraňuje prasklinám. Povlak trubic ELI působí jako bariéra, která je chrání před pevným elektrolytem. Toto je struktura polovodičové baterie, která nás ušetří nutnosti přidávat jakoukoli kapalinu nebo gel, a proto nám umožňuje vyhnout se dendritům.
Zavolala společnost Iontové úložné systémy vyvinul ultratenký keramický elektrolyt o tloušťce asi 10 mikrometrů, přibližně stejné tloušťce jako moderní plastové separátory, které používají tekuté elektrolyty. Každá strana keramického elektrolytu je potažena supertenkou vrstvou oxidu hlinitého, která pomáhá snižovat odpor. Prototyp baterie má energetickou kapacitu asi 300 Wh/kg a lze ji nabít za 5-10 minut. Pro srovnání: moderní baterie NCA dosahují energetické kapacity asi 250 Wh/kg.
Na výstavě CES letos Mecedes předvedl koncepční vůz AVTR vyrobený z ekologických materiálů, který má navíc plně recyklovatelnou baterii. Senior manažer výzkumu baterií Mercedes Andreas Hintennach v rozhovoru uvedl, že technologie baterií v současné době prochází laboratorním testováním a bude připravena za 10-15 let. CATL (čínský partner Tesly pro baterie) také vyvinul ukázkovou polovodičovou baterii, ale uvedla, že se na trh dostane až v roce 2030.
Předpokládá se nepřetržitá výroba polovodičových baterií bude opraveno od roku 2025, ale zpočátku ne v automobilovém průmyslu.
Přečtěte si také:
Napsat komentář