Technologie baterií je jedním z hlavních pilířů moderní udržitelnosti. Elektromobily, obnovitelné zdroje energie a chytré přístroje, to vše vyžaduje stále sofistikovanější baterie, které dokáží uchovat více energie, rychle se nabíjet a vydržet dlouhodobý provoz. Ale jak vyřešit zdánlivě neřešitelný problém: kompromis mezi rychlým nabíjením a vysokou hustotou energie?
Výzkumníci z University of Maryland přicházejí s odpovědí, která by mohla změnit pravidla hry. Vyvinuli samoadaptivní elektrolyty, které dynamicky rozšiřují své okno elektrochemické stability během nabíjení. Zní to jako science fiction? Možná. Ale za tímto konceptem stojí solidní vědecké základy a inovativní přístup.
„Chtěli jsme se zabývat dlouhodobou výzvou v technologii baterií: kompromisem mezi rychlým nabíjením a vysokou hustotou energie,“ vysvětluje Chang-Xin Zhao, první autor studie publikované v prestižním časopise *Nature Energy*. „Během rychlého nabíjení může elektrodový potenciál překročit okno elektrochemické stability elektrolytu, což vede k nežádoucím vedlejším reakcím. Přemýšleli jsme – co kdyby elektrolyt mohl dynamicky reagovat na proces nabíjení a rozšiřovat své okno stabilního potenciálu v reálném čase?“
A právě zde přichází na scénu tzv. efekt „vysolování“. Tento jev, který má kořeny v teorii fázové rovnováhy, nastává při přidání soli do roztoku, což způsobuje fázové oddělení některých složek. Zhao a jeho tým si uvědomili, že gradienty koncentrace soli vznikající při nabíjení baterie vytváří ideální podmínky pro tento efekt. Na základě této myšlenky navrhli elektrolytický systém schopný adaptivně rozšiřovat své okno stability během provozu.
Jak to funguje?
Samoadaptivní elektrolyty mají dvě základní vlastnosti:
1. Ternární složení a efekt vysolování
Každý elektrolyt obsahuje dvě rozpouštědla a sůl, jejichž výběr je pečlivě optimalizován. Koncentrace soli během nabíjení vyvolává fázovou separaci, což umožňuje rozšíření okna elektrochemické stability.
2. Formulace v bodě zákalu
Elektrolyty jsou navrženy tak, aby se nacházely v bodě zákalu, což je kritické složení těsně před zahájením fázové separace. Toto nastavení zajišťuje vysokou citlivost na koncentrační gradienty, což umožňuje adaptivní reakci systému v reálném čase.
Výsledky jsou ohromující. Testy na vodných zinko-kovových i nevodných lithium-kovových bateriích ukázaly pozoruhodnou coulombovskou účinnost a zlepšenou stabilitu. To vše díky makroskopickému přístupu, který využívá principy fázové rovnováhy místo tradičního ladění molekulární struktury rozpouštědel či solí.
„Naše práce demonstruje, že je možné navrhnout elektrolyty, které se během provozu přizpůsobují,“ dodává Zhao. „Tento přístup otevírá nové možnosti pro vývoj baterií schopných uchovat více energie a zároveň se rychleji nabíjet.“
Kam směřujeme?
Výzkumný tým plánuje rozšířit svou strategii na gelové systémy a testovat nové formulace v praktických protokolech nabíjení. „Důležitým dalším krokem je validace kapsových buněk,“ říká Wang, jeden z členů týmu.
Samoadaptivní elektrolyty nejsou jen technologickým průlomem, jsou příslibem udržitelné budoucnosti, kde elektromobily budou nejen ekologické, ale i praktické pro každodenní použití. Tento objev je důkazem toho, že věda dokáže překonat i ty největší výzvy, pokud se na problém nahlédne z nového úhlu.
A jak říká Zhao: „Budoucnost bateriových technologií začíná právě zde.“
Zdroj: přepracovaná TZ, techxplore.com
