Foto: KAIST

V laboratořích Jižní Koreje se zrodila technologie, která by mohla změnit způsob, jakým vnímáme elektromobily. Vědci z Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) objevili způsob, jak zmenšit a odlehčit baterie pro elektromobily, aniž by utrpěla jejich výdrž. Tato inovace by mohla umožnit automobilům ujet delší vzdálenosti na jedno nabití, což je sen mnoha výrobců i uživatelů elektromobilů.

Autor původního článku: redakce

Nový přístup k anode-free bateriím

Výzkumníci z KAIST vyvinuli technologii, která řeší hlavní slabinu anode-free baterií, a to pomocí technik přesné výroby převzatých z polovodičového průmyslu. Tyto baterie eliminují konvenční materiály jako grafit, čímž snižují velikost a hmotnost baterie. Přestože tyto baterie mohou ukládat více energie na menším prostoru, jejich životnost je často omezena tvorbou ostrých lithiových struktur během nabíjení.

Technologie inspirovaná polovodiči

Na 22. září oznámil KAIST průlom, který vedl tým pod vedením profesorů Jinwoo Lee a Hee-Tae Jung z Katedry chemického a biomolekulárního inženýrství. Projekt zahrnoval také vědce z Kyungpook National University a National NanoFab Center. Pomocí extrémně přesných výrobních metod, které se tradičně používají při výrobě polovodičových zařízení, vyvinuli přístup, který prodlužuje životnost anode-free baterií, aniž by výrazně zvyšoval jejich velikost nebo hmotnost.

Význam anode-free baterií pro elektromobily

V konvenčních lithium-iontových bateriích se lithium ukládá v anodě vyrobené z materiálů jako grafit při nabíjení baterie. Anode-free baterie fungují jinak. Místo spoléhání na samostatný anodový materiál umožňují, aby se lithium hromadilo přímo na tenké vrstvě měděné fólie. Odstranění konvenční anody eliminuje materiál, který by jinak přispíval k celkové hmotnosti a tloušťce baterie. To umožňuje uložit více energie ve stejném množství prostoru, což potenciálně umožňuje elektromobilům ujet delší vzdálenosti bez nutnosti větších nebo těžších bateriových balení.

Řešení problému s dendrity

Tento slibný design však přináší vážný nedostatek. Jak se baterie opakovaně nabíjí a vybíjí, lithium se nemusí vždy rovnoměrně rozprostřít po měděném povrchu. Místo toho se může hromadit ve větvících nebo jehlicovitých formacích nazývaných dendrity. Tyto struktury narušují výkon baterie, zatímco ochranná vrstva obklopující lithium se může také stát nestabilní.

Využití polovodičové technologie k prevenci lithiových výběžků

Místo přidávání značného množství materiálu se tým vedený KAIST zaměřil na změnu struktury měděné fólie, kde se lithium hromadí. Vědci vytvořili pečlivě uspořádaný vzor mikroskopických trubiček po měděném povrchu. Koncept připomíná rozdělení velkého parkoviště na mnoho jednotlivých míst. Místo toho, aby se lithium hromadilo nerovnoměrně v určitých oblastech, poskytují malé struktury rovnoměrnější rozložení míst, kde se může usadit.

Ultratenký ochranný povlak prodlužuje životnost baterií

Vědci šli ještě dál a aplikovali povlak MXene, dvourozměrného materiálu, na měděnou fólii. Povlak měl tloušťku přibližně 10 nanometrů, což odpovídá jen několika tisícinám tloušťky lidského vlasu. Místo toho, aby fungoval jako konečná ochranná bariéra baterie, MXene působí jako základ, který podporuje vznik silnější ochranné vrstvy během provozu.

Nadějný krok k menším a déle trvajícím bateriím pro elektromobily

Profesor Jinwoo Lee uvedl: „Tato studie ukazuje, jak ultrajemné výrobní techniky používané při výrobě polovodičů mohou vytvořit jak rovnoměrná místa pro ukládání lithia, tak stabilní ochrannou vrstvu bez změny složení elektrolytu nebo přidání nadměrného množství lithia.“

Výzkum byl publikován online 1. září v mezinárodním časopise Advanced Functional Materials. Výzkum byl financován programem Nano&Material Technology Development Program prostřednictvím National Research Foundation of Korea (NRF), podporovaného Ministerstvem vědy a ICT (RS-2026-25542167). Další podporu poskytl projekt Global Semiconductor Advanced Fab Utilization Project prostřednictvím National Nano Fab Center (NNFC) a projekt Semiconductor-Secondary Battery Interfacing Platform Technology Development Project of NNFC.