Vědci snížili křehkost keramických solid-state baterií díky grafenu

Ukládání elektrické energie je letitým problémem, který ještě více nabývá na významu s rozmachem elektromobility, nicméně důležité je jej vyřešit i pro mobilní zařízení jako notebooky nebo smartphony. Snad každý přizná, že je tu problém s životností akumulátorů a možností jejich vznícení zejména při poškození. To mají vyřešit tzv. solid-state akumulátory, které mezi anodou a katodou nemají tekutý elektrolyt (jenž je hořlavý a dovoluje snadnou tvorbu dendritů snižujících kapacitu akumulátorů a zvyšující riziko zkratu), ale pevný. Většina vědeckých týmů používá elektrolyt na keramické bázi, který je tedy pevný, dokáže přenášet lithiové ionty a zároveň lépe zabraňuje tvorbě dendritů. Jenže je poněkud křehký, takže hrozí lámání při výrobě i používání (např. při nabíjení, kdy se na elektrodách mají tendenci tvořit tyto dendrity, ale kvůli pevnosti elektrolytu na to nemají místo). Na tento problém se podívali na Brown University na Rhode Island, kteří se chtěli zaměřit více na mechanické vlastnosti a nikoli jen chemické jako většina ostatních.

 

 

Christos Athanasiou a jeho tým přišel na to, že se vlastnosti keramického materiálu (v tomto případě LATP) znatelně zlepší, když se do něj přidá trochu grafenu. Je ale potřeba být velmi opatrný s jeho množstvím. Pokud je ho málo, pevnost elektrolytu se nijak nezlepší, pokud je ho však hodně, stane se sám přímo vodivým, tedy vede elektřinu sám o sobě (dosahuje tedy elektronové vodivosti - vodič 1. třídy) místo toho, aby přenášel jen ionty (vodič 2. třídy). Tým zjistil, že při správné koncentraci dokáže zachovat vlastnosti potřebné pro elektrolyt v akumulátorech, přitom se ale pevnost zvýší více než dvojnásobně. Navíc při vzniku nějaké praskliny grafen tuto prasklinu drží a je potřebná ještě větší energie, aby se rozšiřovala. Podle týmu jde zatím o nejpevnější dosud vyvinutý elektrolyt pro solid-state akumulátory.

 

Opět je nutné podotknout, že jde jen o výzkum vlastností materiálů, který může být použit při dalším vývoji akumulátorů určených pro komerční nasazení. Ale to mohou být roky i desetiletí. Každopádně se předpokládá, že by se první solid-state akumulátory mohly objevit v elektromobilech už v tomto desetiletí. Ostatně testovacích prototypů s nimi existuje už několik (měl je mít např. elektromobil Jamese Dysona) a některé měly být představeny už kolem let 2021-2022.

 

Zdroj: brown.edu, sciencedirect.com