Zvětšit obrázek

Snímek kopečkové struktury pořízený elektronovým mikroskopem. Nanomateriál je ze tří vrstev, které přecházejí jedna ve druhou. Povrchové kopečky jsou z křemíku, přechodová vrstva je z atomů hliníku, „kořínky“ tvoří amorfní uhlík. (Kredit: Rahul Krishnan, Rensselaer Polytechnic Institute) 

Vědci z RPI (Rensselaer Polytechnic Institute, Troy, stát New York) vyrobili zcela nový typ nanomateriálu, který, jak doufají, se stane základem nové generace nabíjecích baterií. Ty by již měly lépe vyhovovat provozu v počítačích, mobilních telefonech a také v automobilech, na které jsou kladeny požadavky rychlého dobíjení. Materiálu přezdívají „nanokopečky“ protože  při velkém zvětšení jejich struktura vzhledem připomíná na sebe namačkané kornouty se zmrzlinou. Takový povrch dovoluje nejen velké nabíjecí proudy a také během krátkého časového intervalu vydat velké množství energie. Právě to je u stávajících lithiových baterií jejich velký hendikep.

Zvětšit obrázek

Barevně je znázorněn proces ke kterému na „kornoutech“ třívrstevné nanostruktury dochází při jejím obohacování o atomy lithia. (Kredit: Rensselaer Polytechnic Institute)

Nikhil Koratkar, vedoucí výzkumného týmu tvrdí, že baterie vyrobené z tohoto materiálu lze nabíjet a vybíjet 40 až 60 krát rychleji. Je to díky nanostruktuře kornoutů, který vyřešil problém objemové expanze různých materiálů při jejich obohacování lithiem. Vrstva hliníku dovoluje postupný přechod mezi uhlíkem a křemíkem a minimalizuje ztráty v přechodové vrstvě při velkém odběru, nebo nabíjení. Hliníková mezivrstva zřejmě napomáhá vyrovnávat pnutí ve vrstvách uhliku a kremiku a tak stabilizuje strukturu. Baterie s novou anodou lze nabíjet proudem okolo 51 A/kg (při teplotě okolo 40 stupňů Celsia). Trojvrstevná struktura anody dovoluje pracovat s kapacitami baterií okolo 412 mAh/g a odběrem 100 kW/kg elektrody. Klasické lithiové baterie by takový odběr okamžitě zničil, nová baterie bez úhony zvládá sto takových cyklů.
 
Tento objev by podle tvůrců měl být tím, co automobilový průmysl potřebuje.  Širšímu uplatnění elektromobilů s lithiovými bateriemi dosud brání právě jejich neschopnost rychle uvolnit velké množství energie potřebné pro rozjezd a akceleraci. Náhlou potřebu vysokého výkonu, například pro bezpečný předjížděcí manévr, se snaží výrobci aut řešit různými superkondenzátory. Auto pak pracuje v jednom systém při běžném pojíždění a pro rychlou akceleraci musí mít druhý systém s předem dobitým kondenzátorem. Konec tomuto polovičatému řešení by měly přinést právě anody s povrchem ve tvaru zmrzliny.

Zdroj: Rensselaer Polytechnic Institute