Němečtí vědci hlásí pokrok u baterií s křemíkem. Překonaly tisíc cyklů

Křemík uspěl v testu životnosti

Výzkumníci z německého Fraunhofer ISE otestovali lithium-iontové články s anodou bohatou na křemík. Po více než 1 000 plných cyklech si při kontrolním měření zachovaly přes 83 % původní kapacity. Výsledek přináší projekt StrOboBatt.

Právě životnost patří k hlavním překážkám širšího využití anod s vysokým obsahem křemíku. Institut označuje překonání tisícovky cyklů při zachování alespoň 80 % kapacity za důležitý výkonnostní cíl, ke kterému vývoj těchto článků směřuje.

Testované články mají kapacitu 25 Ah, čtyřicet vrstev a měkký obal typu pouch. Vznikly na poloautomatické lince ve výzkumném centru institutu. Jde tedy o vícevrstvé články v průmyslově používaném formátu, nikoli jen o samotný materiál.

Energetická hustota má prostor růst

Výzkumný článek dosáhl energetické hustoty 280 Wh/kg. V průmyslově optimalizovaném provedení vědci očekávají přibližně 330 Wh/kg. Druhá hodnota zatím představuje odhad potenciálu konstrukce, nikoli naměřený výsledek tohoto testu.

Anoda kombinuje křemík, uhlík a grafit. Křemíko-uhlíkový kompozit tvoří 51 % jejího aktivního materiálu, což není totéž jako 51 % čistého křemíku. Na druhé straně článku pracuje katoda NMC s vysokým obsahem niklu.

Vyšší energetická hustota může pomoci uložit více energie při stejné hmotnosti článků. U elektromobilu by to mohlo přispět k delšímu dojezdu. Konkrétní přínos ale závisí také na konstrukci celé baterie, jejím chlazení a hmotnosti.

Důležitou roli hraje přítlak

Důležitou součástí testu byl vnější mechanický přítlak. Při hodnotě 1 000 kPa, tedy přibližně 10 barů, články překonaly uvedenou hranici životnosti. Při nižším tlaku 300 kPa neboli 3 barů klesala využitelná kapacita výrazně rychleji.

Přítlak pomáhá udržovat kontakt mezi materiály elektrod a omezuje jejich oddělování od podkladu. Pro budoucí využití proto nebude rozhodující jen chemické složení. Významnou roli má také mechanická konstrukce a uchycení článků.

Vědci navíc zaznamenali rostoucí rozdíl mezi kapacitou při pomalém kontrolním vybíjení a provozu při 1C. Zachovaných 83 % proto samo nevystihuje chování při vyšší zátěži. Výsledek je slibný, termín komerčního nasazení ale institut neuvádí.

Zdroje:

• autorský text / Mobilizujeme.cz
• Fraunhofer ISE