Dugotrajne baterije s brzim punjenjem ključne su za širenje tržišta električnih vozila, ali današnje litij-ionske baterije ne ispunjavaju ono što je potrebno – preteške su, preskupe i predugo se pune.
Decenijama su istraživači pokušavali iskoristiti potencijal čvrstih litij-metalnih baterija koje drže znatno više energije u istom volumenu i napune se u djeliću vremena u usporedbi s tradicionalnim litij-ionskim baterijama.
“Litij-metalna baterija smatra se svetim gralom za hemiju baterija zbog svog velikog kapaciteta i gustoće energije”, rekao je Xin Li, vanredni profesor nauka o materijalima na Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Science (SEAS).
“Ali stabilnost ovih baterija uvijek je bila loša.”
Sada su Li i njegov tim dizajnirali stabilnu, litij-metalnu, solid-state bateriju koja se može puniti i prazniti najmanje 10.000 puta pri velikoj gustoći energije. Istraživači su novi dizajn uparili s komercijalnim katodnim materijalom visoke gustoće energije i kažu da bi ova tehnologija baterija mogla znatno povećati životni vijek električnih vozila da budu usporedivi s benzincima, na 10 do 15 godina bez potrebe za zamjenom baterije. Sa svojom velikom gustoćom energije, baterija bi mogla utrti put električnim vozilima koja se mogu potpuno napuniti u roku od 10 do 20 minuta.
Veliki izazov s litij-metalnim baterijama uvijek je bila hemija. Litijeve baterije tokom punjenja premještaju litijeve ione s katode na anodu. Kada je anoda izrađena od litij-metala, na površini se stvaraju iglene strukture nazvane dendriti. Te strukture rastu poput korijena u elektrolit i probijaju barijeru koja razdvaja anodu i katodu, uzrokujući da baterija dođe u kratki spoj ili da se čak zapali.
Kako bi prevladali taj izazov, Li i njegov tim dizajnirali su višeslojnu bateriju koja postavlja sendviče u materijale različite stabilnosti između anode i katode. Ova višeslojna, višesmjerna baterija sprečava prodor litijevih dendrita, ne zaustavljanjem, nego njihovim nadzorom i zadržavanjem.
“Zamislite bateriju kao sendvič. Prvo dolazi hljeb- litijeva metalna anoda – a slijedi salata – prevlaka od grafita. Dalje, sloj paradajza- prvi elektrolit – i sloj šunke – drugi elektrolit. Završite s drugim slojem paradajzai posljednjim komadom hljeba – katodom”, navodi Li i dodaje kako se nova baterija također i samoiscjeljuje jer joj njezina hemija omogućuje zatvaranje rupa stvorenih dendritima.
Li ističe da je ovo tek dokaz koncepta i da će proizvodnja takvih baterija na velikoj skali predstavljati veliki izazov, no on vjeruje da će se i to riješiti u skoroj budućnosti kada će naši električni auti voziti na pogon baterija koje nećemo trebati nikada mijenjati i koje će se puniti koliko danas punimo klasične aute benzinom.
