Baterie fungující v extrémních teplech i mrazech

Datum 17.07.2022

Zheng Chen, profesor nanoinženýrství na Kalifornské univerzitě v San Diegu. Foto: David Baillot/UC San Diego Jacobs School of Engineering

Vědci z Kalifornské univerzity v San Diegu vyvinuli lithium-iontové baterie, které dobře fungují v mrazu i horku a přitom dokáží uchovat velké množství energie. Tohoto úspěchu dosáhli díky vývoji elektrolytu, který je nejen univerzální a odolný v širokém rozsahu teplot, ale také dobře pracuje s anodou a katodou.

Takové baterie by mohly umožnit elektromobilům v chladném podnebí ujet větší vzdálenost na jedno nabití; mohly by také snížit potřebu chladicích systémů, které by zabránily přehřátí baterií vozidel v horkém podnebí, uvedl Zheng Chen, profesor nanoinženýrství na Jacobs School of Engineering na Kalifornské univerzitě v San Diegu a hlavní autor studie.

Vliv velmi horkého počasí je v dnešní době podobný problém jako v případě extrémních mrazů. V elektromobilech jsou akumulátory obvykle umístěny pod podlahou, v blízkosti horkých povrchů silnic, často teplejších než je venkovní teplota ve výšce dva metry nad zemí. Baterie se zahřívají už jen tím, že jimi během provozu protéká proud. Pokud baterie toto zahřívání při vysoké teplotě nesnesou, jejich výkon se velmi rychle zhorší.

Baterie, které Chen a jeho kolegové vyvinuli, jsou díky svému elektrolytu odolné vůči chladu i teplu. Ten je tvořen kapalným roztokem dibutyl-ftalátu smíchaným s lithiovou solí. Zvláštností dibutyl-ftalátu je, že jeho molekuly se slabě vážou na ionty lithia. Jinými slovy, molekuly elektrolytu mohou při provozu baterie snadno propouštět ionty lithia. Tato slabá molekulární interakce, jak vědci zjistili v předchozí studii, zlepšuje výkonnost baterie při teplotách pod bodem mrazu. Navíc dibutyl-ftalát snadno snáší teplo, protože zůstává kapalný i při vysokých teplotách (jeho bod varu je 141 °C).

Tento elektrolyt je, podle studie zveřejněné na portálu Univerzity v San Diegu, také kompatibilní s lithium-sírovou baterií, což je typ dobíjecí baterie, která má anodu z kovového lithia a katodu ze síry. Tyto baterie mají v budoucnu hrát důležitou roli v uložení energie, protože slibují vyšší hustotu energie a nižší náklady. Zatím jsou však náchylné k tvorbě jehličkovitých struktur zvaných dendrity, které mohou prorazit části baterie a způsobit její zkrat. Výsledkem je, že lithium-sírové baterie vydrží pouze několik desítek cyklů.

Dibutyl-ftalátový elektrolyt vyvinutý týmem z Kalifornské univerzity v San Diegu by však těmto problémům měl zabránit, a to i při vysokých a nízkých teplotách. Testované baterie by pak měly mnohem delší cyklickou životnost než typické lithium-sírové baterie. Týmu se také podařilo upravit katodu se sírou pomoci polymeru tak, aby byla stabilnější. To zabraňuje dalšímu rozpouštění síry v elektrolytu.

Richard Pappen
Zdroj: UC San Diego

Steinel 700 x 200 px

Napsat komentář