Ľahšie a bezpečnejšie batérie
V Nemecku vznikla nová generácia batérií, ktorá by mohla zmeniť spôsob, akým uchovávame energiu v elektromobiloch aj letectve. Vedci z drážďanského Fraunhoferovho inštitútu pre materiálové a lúčové technológie (IWS) predstavili lítiovo-sírovú (Li-S) tuhou batériu s rekordnou energetickou hustotou. Ak sa podarí dotiahnuť ju do sériovej výroby, mohla by byť ľahšia, bezpečnejšia a zároveň oveľa výkonnejšia než dnešné lítiovo-iónové články, upozorňuje Interesting Engineering.
Na vývoji technológie pracujú výskumníci v rámci dvoch prepojených projektov (AnSiLiS a TALISSMAN). Prvý z nich podporuje nemecké spolkové ministerstvo pre výskum a technológie, druhý financuje európsky program Horizon Europe. Spoločným cieľom je prekonať limity, ktoré dosiaľ bránili komerčnému nasadeniu lítiovo-sírových batérií, a posunúť ich z laboratórneho experimentu k priemyselne vyrábateľnému produktu.
Síra ako katódový materiál má obrovský potenciál. Je lacná, dostupná a v kombinácii s lítiom umožňuje dosiahnuť teoretickú energetickú hustotu až dvojnásobnú oproti klasickým lítiovo-iónovým článkom. Problémom doteraz bolo, že kvapalné elektrolyty v týchto batériách vytvárali rozpustné polysulfidy, ktoré znižovali životnosť a stabilitu cyklovania. Fraunhoferov tím preto nahradil väčšinu kvapalného elektrolytu tuhými materiálmi, čím sa podarilo odstrániť najväčšiu slabinu tejto technológie.
Dvakrát vyššia hustota
Výsledkom je článok s výrazne vyššou bezpečnosťou a stabilitou, schopný dosahovať špecifickú energetickú hustotu nad 600 Wh/kg. To je hodnota, ktorá ďaleko presahuje bežné parametre dnešných elektromobilových batérií, pohybujúcich sa v rozmedzí 250 až 300 Wh/kg. V projekte AnSiLiS výskumníci vyvíjajú katódu z kompozitu síry a uhlíka, tenkú lítiovú anódu a hybridný elektrolyt. TALISSMAN sa sústreďuje na testovanie výrobnej škálovateľnosti a priemyselnej realizovateľnosti.
Ambíciou oboch projektov je dosiahnuť energetickú hustotu až 550 Wh/kg pri nákladoch pod 75 eur na kilowatthodinu. To by znamenalo nielen zníženie ceny, ale aj výrazné zlepšenie pomeru hmotnosti a výkonu, čo je kľúčové pre elektromobilitu a letecké aplikácie. Vedci pritom využívajú technológiu DRYtraec, vyvinutú priamo vo Fraunhoferovom inštitúte. Ide o bezrozpúšťadlový proces nanášania elektródových vrstiev, ktorý eliminuje potrebu energeticky náročného sušenia.
Nová batéria je kompatibilná s existujúcimi výrobnými linkami na lítiovo-iónové články, takže jej zavedenie do priemyslu by mohlo prebehnúť relatívne rýchlo. Celý vývoj aj testovanie prebieha v drážďanskom Centre pre pokročilé batériové technológie, kde sa na jednom mieste spája návrh materiálov, nanášanie elektród, laserové rezanie, skladanie článkov aj testovanie ich výkonu.
