Lithium-iontové baterie napájejí širokou škálu zařízení, od chytrých telefonů a notebooků až po elektrická vozidla. I když jsou tyto baterie pohodlné, představují nebezpečí: při propíchnutí nebo ohnutí se mohou vznítit v nebezpečné řetězové reakci. Vědci však učinili významný průlom tím, že předvedli způsob, jak vytvořit zásadně bezpečnější lithium-iontové baterie pomocí překvapivě jednoduché změny – změny pouze jednoho materiálu v konstrukci baterie. Tento úspěch by mohl v příštích několika letech vést k hromadné výrobě bezpečnějších baterií.
Pochopení rizika: Tepelný útěk
Lithium-iontové baterie fungují pomocí specifické konstrukce: grafitová elektroda, elektroda z oxidu kovu a elektrolyt sestávající z lithné soli rozpuštěné v rozpouštědle. Tento tekutý elektrolyt umožňuje proudění iontů lithia, což umožňuje nabíjení a vybíjení baterie. Avšak právě tento design je činí zranitelnými. Pokud je baterie poškozená – proražená nebo ohnutá – dojde ke zkratu a nahromaděná chemická energie se může extrémně rychle uvolnit. Toto rychlé uvolnění energie spouští proces zvaný „tepelný útěk“, který vede k požáru nebo dokonce explozi.
Moderní bezpečnostní řešení a nový přístup
Vědci studovali různé strategie, jak toto riziko snížit. Některé z nich zahrnují ochranné gely nebo pevné náhražky tekutého elektrolytu. Tým z University of Hong Kong však vyvinul nový design, který zachovává stávající architekturu baterie. Jejich klíčovou inovací je změna materiálu elektrolytu při zachování relativně konstantních výrobních nákladů a procesů.
Klíčový bod: Izolace padoucha – anionta
Základní příčinou tepelného úniku je rozpad chemických vazeb. Konkrétně záporně nabité ionty, nazývané anionty, přerušují své vazby s lithiem v baterii. Toto porušení vazby uvolňuje teplo a urychluje destruktivní cyklus.
Aby tomu zabránili, vědci zavedli sekundární rozpouštědlo nazvané lithium bis(fluorsulfonyl)imid. Toto nové rozpouštědlo se váže na lithium pouze při vyšších teplotách, což je doba, kdy tepelný únik již začal. Na rozdíl od běžného rozpouštědla tento nový materiál neumožňuje tvorbu vazeb s anionty, čímž účinně odřízne zdroj zvyšujícího se uvolňování tepla. V ukázce se baterie používající toto nové rozpouštědlo zahřála při propíchnutí hřebíkem o pouhých 3,5 °C, což je v příkrém kontrastu se zvýšením teploty o 500 °C pozorovaným u běžných baterií.
“Ten špatný je aniont, který má vysokou vazebnou energii – a právě rozbití těchto vazeb způsobuje tepelný únik,” vysvětluje Gary Leake z University of Birmingham. “Tento nový přístup izoluje padoucha od procesu je velkým krokem vpřed pro bezpečnost baterií.”
Výkon a vyhlídky do budoucna
Upravené baterie vykazovaly slibný výkon. Testy ukázaly, že si zachovají 82 procent své kapacity po 4 100 hodinách používání, což je činí konkurenceschopnými se stávajícími technologiemi. Odborníci předpokládají, že toto inovativní rozpouštědlo by mohlo být integrováno do příští generace baterií, což by během tří až pěti let připravilo půdu pro masovou výrobu. Tento úspěch představuje významný krok k bezpečnějšímu a spolehlivějšímu skladování energie pro širokou škálu aplikací. > Tato relativně jednoduchá změna materiálů slibuje revoluci v bezpečnosti baterií a minimalizuje riziko požárů a výbuchů v každodenních zařízeních a elektrických vozidlech.
