Lithiové baterie, které se inspirují strukturou granátového jablka

Jejich anody (záporně nabité elektrody) obsahují množství křemíkových nanočástic, jejichž oddělené shluky podobné vaječnému žloutku ve skořápce jsou obaleny malými grafitovými pouzdry, podobně jako jsou ve shlucích a v obalech uložena semínka uvnitř granátových jablek. Tyto akumulátory jsou pak schopny pojmout 10krát větší množství elektrického náboje v jednotce objemu než dnes používané lithium-iontové akumulátory. Při testech se prokázalo, že i po tisíci nabíjecích cyklech si takto inovovaná baterie udrží 97% původní kapacity.

Křemíkové nanočástice a jejich shluky ovšem při nabíjení zvětšují svůj objem, při vybíjení naopak zase celkově “splaskávají”. Tento dynamický proces by v přímém kontaktu nanočástic s elektrolytem časem vedl k rychlé degradaci anody a právě tento fakt vedl k nutnosti křemíkové částice uvnitř anody izolovat. Tak vznikla struktura podobná semínkům granátového jablka, která jsou uložena po shlucích a jejich shluky v pouzdrech. Grafitová pouzdra jsou přitom dokonale elektricky vodivá, takže elektrický náboj může nerušeně proudit baterií. Povrch malých shluků křemíkových nanočástic, který slouží k hromadění elektrického náboje a je sám pokryt jistou uhlíkovou mikroslupkou, je pak zhruba 10krát větší než povrch větších uhlíkových pouzder.

Křemíkové nanočástice a jejich shluky při nabíjení zvětšují svůj objem, při vybíjení naopak “splaskávají” |foto: Stanford University

Tradiční grafitové anody mívají také strukturu menších uhlíkových shluků, avšak jejich účinný materiál časem při styku s elektrolytem degraduje. Podle dosavadních testů bude životnost baterií s anodami po vzoru granátových jablek podstatně větší. Hlavní překážkou na cestě k širokému uplatnění těchto nových typů baterií bude ale zřejmě způsob jejich výroby. Křemíkové nanočástice nejsou levné a tvorba potřebné struktury zatím vypadá poměrně náročně. Potenciálním levným zdrojem křemíkových nanočástic ovšem mohou být celkem dostupné rýžové plevy.

Zdroje: Inhabitat, EurekAlert, Phys.Org, SLAC, Nature Nanotechnology