Lithium je teď skoro naší intimní součástí. Také je velmi mediálně žhavé, z celé řady důvodů. Obklopuje nás v těch nejvíce využívaných zařízeních dnešní doby, především v podobě lithium-iontových nabíjitelných baterií.
Lithium-iontové baterie vznikly z dřívější technologie lithium-kovových baterií, která se tolik nerozvinula. Mělo to dobrý důvod. Lithium-kovové baterie sice mohou pojmout až dvojnásobné množství energie oproti lithium-iontovým bateriím, ale také se mnohem ochotněji vzněcují a vybuchují.
Tým odborníků amerického institutu California NanoSystems na University of California, Los Angeles (UCLA) nedávno přišel se zásadním objevem, který by mohl vést k bezpečnějším lithium-kovovým bateriím a vrátit je tak do hry. Podstatou objevu je odhalení, jak ve skutečnosti vypadá lithium. Je z toho nejen publikace v Nature, ale přímo obálka dotyčného čísla Nature. V dnešní vědě jen velice těžko dosáhnete vyšší mety.
Zní to nepochybně zvláštně, ale doposud nikdo s jistotou nevěděl, jak všudypřítomné lithium doopravdy vypadá. Vtip je v tom, že kovové lithium je extrémně reaktivní. Jakmile se někde objeví, třeba na povrchu elektrod, tak ho nesmírnou rychlostí pohltí koroze, která prakticky okamžitě změní jeho povrchovou strukturu. Teoretické předpovědi samozřejmě byly, ale nikdo neměl jistotu.
Yuzhang Li a jeho spolupracovníci vyvinuli důvtipný postup nanášení lithia na povrch elektrody ultrarychlou depozicí, který brání korozi. Pak jako první na světě uviděli, jaké lithium doopravdy je, tedy v mikroskopu. O kovovém lithiu byly sepsány tisíce odborných publikací. Všechny ale popisují jeho tvar s nevysloveným odporem, čili v odborném žargonu „kvantitativně,“ jako chuchvalcovitý nebo třeba sloupcovitý. Tyto struktury vzniklé korozí přitom významně zvyšují riziko zkratů a katastrofálních nehod baterií.
Lithium všechny překvapilo. Nejprve Liovu laboratoř, pak celý svět. Když badatelé nedopustili korozi povrchu lithia, objevily se před jejich užaslými zraky elegantní tvary v podobě rombického dodekaedru, čili kosočtverečného dvanáctistěnu. Je to typický tvar například pro krystaly granátu.
Badatelé postupovali tak, že se snažili bleskurychlou korozi předběhnout. Používali velmi malé elektrody a zkoušeli různé elektrolyty. Vytvořené struktury poté prohlíželi kryoelektronovým mikroskopem (cryo-EM). Nakonec uspěli a pozorovali rombické dodekaedry lithia o velikosti pouhé 2 mikrometry, tedy velké zhruba jako bakterie.
Video: Aionics Fortnightly (January 25, 2022): Illuminating the Invisible with Cryo-EM, with Yuzhang Li
Literatura
Strategické vzácné zeminy by mohly být nahrazeny komby běžných prvků
Autor: Stanislav Mihulka (07.07.2019)
Zásadní geopolitický krok: V Kanadě vyroste první elektrický důl na lithium
Autor: Stanislav Mihulka (20.11.2022)
Lithiová krize může být zažehnána rychlou a levnou extrakcí ze solanky
Autor: Stanislav Mihulka (26.06.2023)
Diskuze:
Nie je to ako vo filmoch
Radoslav Pořízek,2023-08-17 10:44:06
Nie je to ako vo filmoch, kde sa vzorka strci do tajuplneho zariadenia a na obrazovke sa okamzite ukazu jednotlive atomy (pripadne hrubsia struktura).
Ako ukazuje aj tento clanok, cesta k dobrej snimke je velmi komplikovana az nemozna - je to taky state of art.
Dva roky po vypuknuti covidu som zachytil spravu, ze sa niekto snazi spravit snimku corona virusu, nakolko by poloha jednotlivych atomov mohla vyznamne pomoct pri vyvovi lieku. Neviem, ako je to teraz, ci uz mame nejaku obstojnu fotku, alebo stale nie.
Re: Nie je to ako vo filmoch
Petr Slachta,2023-08-17 12:50:30
Tak já si třeba myslím, že je dost zásadní rozdíl vyfotit/zobrazit tak nějak normálně virus, no a vyfotit/zobrazit to v rozlišení na atomy.
Re: Nie je to ako vo filmoch
Vít Výmola,2023-08-17 21:42:20
Máme a nejenom viru, ale i jeho jednotlivých spiků, dokonce ve 3D a můžu se pochlubit, že u toho byl i software, na kterém spolupracuji. :)
Na takovéto vzorky už je potřeba transmisní elektronový mikroskop (TEM). V něm se vzorky doslova prozařují svazkem vysokoenergetických elektronů. Když chceme udělat 3D "snímek" vzorku, tak přirozená metoda by byla ho zobrazit, pootočit, zobrazit a tak dokola, až ho máme ze všech stran. Akorát, že takto to vůbec nejde. Tím elektronovým paprskem totiž vzorek za chvilku zničíte. Takže se to dělá tak, že se vezme spousta vzorků, čím víc, tím líp, náhodně se rozptýlí v nějaké matrici (používá se resin) a pak se pořídí jen jeden snímek všech vzorků. Tento snímek se pošle do dalšího software, který vzorky identifikuje, vyhledá nějaké společné rysy jejich obrazů, využije toho náhodného rozptýlení a natočení a poskládá z toho společný výsledný 3D model. Počítá se samozřejmě s tím, že všechny vzorky jsou stejné - což je ovšem v případě virů splněno.
Re: Re: Nie je to ako vo filmoch
D@1imi1 Hrušk@,2023-08-17 22:23:07
Takže to prakticky znamená, že výsledkem není reálný obraz, ale dopočítaný, vzdáleně příbuzný tomu, jako když AI pomáhá interpretovat data z foťáku v mobilu (a občas zobrazí i detaily, které v realitě neexistují)?
Jinak ke spoluúčasti na tom softwaru samozřejmě gratuluji ;-)
Re: Re: Re: Nie je to ako vo filmoch
Vít Výmola,2023-08-17 22:51:31
Já dělám na aplikaci, která (mimo jiné) slouží k přípravě vzorků. Krátce jsem dělal i na software, který provádí samotné snímkování. Do samotného sestavování 3D obrazu tedy tolik nevidím. Nicméně je to opravdu tak, že výsledkem je 3D model. Věřím tomu, že proces je zvládnutý, například že se porovnávají výstupy z různých náhodně zvolených vzorků a zjišťuje se, zda spolu souhlasí.
Každopádně výstupem mikroskopu a vstupem pro následné zpracování je skutečně obraz, ty jednotlivé vzorky jsou tam opravdu vidět - pokud není potřeba 3D model, tak se dá pracovat přímo s těmito daty.
Re: Re: Re: Re: Nie je to ako vo filmoch
D@1imi1 Hrušk@,2023-08-17 23:38:41
Aby bylo jasné, já to nijak nesnižuji, i vytvoření spolehlivého 3D modelu je to fascinující počin ;-)
Re: Re: Re: Re: Re: Nie je to ako vo filmoch
Vít Výmola,2023-08-18 10:21:11
Já vím, já jsem to tak i pochopil. :)
Toto je nejaké iné lítium?
Vladimír Bzdušek,2023-08-15 15:54:19
https://today.ucsd.edu/story/researchers_build_worlds_largest_database_of_crystal_surfaces_and_shapes
Popis pod obrázkom: "Skutečné lithium" je tiež zaujímavý. Existuje aj "neskutečné"?
Re: Toto je nejaké iné lítium?
Radoslav Pořízek,2023-08-17 10:51:13
Ja by som to chapal v tom zmysle, ze "neskutocne" lithium je teoreticky tvar idealneho krystalu, ktory nevznika v realnych podmienkach. Zpravidla je dost velky rozdiel medzi obrazkami z tej stranky, a tym, co sa pozoruje realne pri zobrazeni.
Idelane krystaly mozu vnizkat len pri velmi specifickych podmienkach, bezne je material zlozeny z krystalovych zrn roznej velikosti a orientacie.
Matematický model
Vít Výmola,2023-08-15 14:21:46
Mě udivuje, že něco takového nešlo matematicky nasimulovat případně rovnou spočítat. Ale možná to někdo i udělal, nezkoumal jsem to.
Re: Matematický model
Jirka Naxera,2023-08-15 14:38:25
Jedno z mala, co neni za paywallem, je treba tohle: https://www.nature.com/articles/s41467-023-38650-y
Taky mi to nedalo se rychle porozhlednout, jestli to sedi na predikce ;-)
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
