Pevnolátkové baterie jsou často označovány za budoucnost ukládání energie. Na rozdíl od běžných lithium-iontových článků neobsahují hořlavé elektrolyty, a přitom dokážou uchovat více energie. Dosud jim však bránila jedna zásadní slabina – pomalý pohyb iontů. Právě ten se teď vědcům z Technické univerzity v Mnichově (TUM) podařilo překonat s doslova rekordní efektivitou.

Lithium, antimon a špetka skandia: recept na revoluci

Tým pod vedením profesora Thomase F. Fässlera představil nový vodivý materiál, který umožňuje pohyb lithium-iontů o více než 30 % rychleji než všechny dosud známé alternativy. Klíčem k tomuto úspěchu je jemná strukturální úprava krystalové mřížky – konkrétně nahrazení části atomů lithia atomy skandia.

Tato výměna způsobuje vznik tzv. vakancí – drobných mezer ve struktuře, které usnadňují iontům průchod. Výsledek? Nejvyšší zaznamenaná iontová vodivost v oblasti pevnolátkových elektrolytů.

Zdroj: Shutterstock

Ověření rekordního výkonu

Výsledky byly natolik mimořádné, že bylo nutné provést důkladné ověření. O to se postaral tým z Katedry technické elektrochemie pod vedením prof. Huberta Gasteigera. Spoluautor Tobias Kutsch přiznal, že měření bylo výzvou – nový materiál totiž vodí nejen ionty, ale i elektrony. Proto museli výzkumníci upravit standardní metodiky měření.

„Tento výsledek představuje zásadní pokrok v základním výzkumu. Odhalili jsme nový princip, který může sloužit jako vzor i pro jiné kombinace prvků,“ uvedl Fässler. Výsledky výzkumu už byly patentovány.

Nová třída látek: efektivní a stabilní

Práce Jingwen Jiang a jejích kolegů nevedla jen k vývoji rekordního materiálu. Otevřela také cestu k celé nové třídě látek. I když současný výzkum využívá kombinaci lithia a antimonu, stejný princip lze podle autorů aplikovat i na systémy s lithiem a fosforem.

A co je ještě důležitější – nový materiál je tepelně stabilní, nehořlavý a lze ho připravit pomocí běžných chemických metod. Tím se výrazně zvyšuje jeho šance na rychlé nasazení v reálných aplikacích.

Na rozdíl od dosavadního rekordmana, který vyžadoval až pět různých přísad pro dosažení optimálních vlastností, nový materiál pracuje pouze s jedním doplňujícím prvkem – skandiem.

Objev má obrovský potenciál. Nejenže umožní konstrukci baterií s rychlejším nabíjením, vyšší kapacitou a delší životností, ale díky schopnosti vést jak ionty, tak elektrony, může najít uplatnění i v elektrodách jako výkonné aditivum.

Samotný fakt, že materiál vznikl z jednoduchých a známých složek, zvyšuje šanci na rychlé přechody z laboratoře do praxe.