V bateriích lithium kov je elektroda vyrobena přímo z lithia namísto uhlíku. Díky tomu se ušetří materiál, takže baterie oproti klasickým Li-Ion mohou tyto baterie nabídnout vyšší hustotu uložené energie. To se samozřejmě hodí v aplikacích typu elektromobilů nebo nositelné elektroniky. Jenže baterie lithium-kov mají naopak problémy se stabilitou (výdrž v cyklech) a rychlostí nabíjení. Oboje spolu souvisí, protože rychlejší nabíjení právě snižuje životnost baterie i její kapacitu, vyvolává růst vláken (dendritů) a může mít za následek i přímo problémy s bezpečností. Dendrity mohou způsobit i zkrat.
Výzkumníci nyní navrhují, že problém s dendrity by mohly omezit vrstvy lithia s rovným povrchem. Zajímavé na tom je, že zárodečné krystaly lithia, z nichž vznikne vrstva požadovaných vlastností, se podle nové studie pěstují na povrchu naopak lithiofobním.
Vědci z Kalifornské univerzity v San Diegu a Kalifornské univerzity v Irvine vytvořili anodu nové baterie namísto na běžném měděném povrchu na kompozitu s obsahem fluoridu lithného a železa. Na tomto povrchu pak vznikají husté stejnorodé vrstvy lithia bez dendritů i při rychlém nabíjení. (Krystaly lithia se tvoří při nabíjení baterie a při vybíjení se rozpouštějí.) Až dosud se naopak předpokládalo, že by ideální podklad pro elektrodu měl být naopak lithiofilní. Jak uvádějí autoři nové studie, lithiofóbní substrát ale poskytuje dostatek nukleačních míst (nukleace je tvorba zárodků krystalů) a umožňuje i rychlý pohyb lithia po povrchu elektrody.
Prototyp nové baterie se nabil přibližně za hodinu, což je již konkurenceschopné běžným Li-Ion bateriím.
Huolin Xin, Growing single-crystalline seeds on lithiophobic substrates to enable fast-charging lithium-metal batteries, Nature Energy (2023). DOI: 10.1038/s41560-023-01202-1. www.nature.com/articles/s41560-023-01202-1
Zdroj: University of California – San Diego / TechXplore.com