Nový výzkum provedený vědci z MIT naznačuje, že inovativní materiály baterií by mohly přinést udržitelnější způsob napájení elektrických vozidel. Namísto použití kobaltu nebo niklu využívá nově vyvinutá lithium-iontová baterie katodu založenou na organických materiálech.
Vědci prokázali, že nový materiál, který lze vyrábět mnohem nákladově efektivněji než baterie obsahující kobalt, dokáže vodivost elektřiny na podobné úrovni jako tradiční baterie s kobaltovou katodou. Navíc má nová baterie srovnatelnou kapacitu skladování a lze ji nabíjet rychleji než baterie s kobaltovou katodou.
Aplikace tohoto nového materiálu by mohla být významná, protože funguje velmi efektivně. Může konkurovat technologiím, které se v současnosti používají na trhu, zatímco snižuje náklady a řeší problémy spojené s dolováním kovů, které se používají v tradičních bateriích.
V současnosti jsou většinu elektrických vozidel poháněny lithium-iontové baterie s kobaltovou katodou. Bohužel, kobalt má své nevýhody – jedná se o vzácný kov a jeho cena může dramaticky kolísat. Navíc se mnoho nalezišť kobaltu nachází v politicky nestabilních zemích. Dolování kobaltu zahrnuje nebezpečné pracovní podmínky a generuje toxický odpad.
Z důvodu těchto nedostatků vědci aktivně hledají alternativní materiály pro baterie. Jedním takovým materiálem je lithiová železná fosfátová baterie (LFP), kterou někteří výrobci vozidel začínají používat u elektrických vozidel. Nicméně i přesto, že je LFP praktická, má pouze asi polovinu hustoty energie baterií s kobaltovým a niklovým obsahem.
Organické materiály jsou dalším slibným řešením, ale většina z nich nedosahuje vodivosti, kapacity skladování a odolnosti baterií s kobaltovou katodou. Nový materiál vyvinutý vědci z MIT by však mohl být průlomem v této oblasti. Skládá se z několika vrstev TAQ (bis-tetraaminobenzochinonu), organické molekuly obsahující tři hexagonální kruhy. Jeho struktura připomíná grafen. Tento materiál je velmi stabilní a nevolatilní, což je klíčové pro jeho trvanlivost uvnitř baterie.
Testy tohoto materiálu ukázaly, že jeho vodivost a kapacita skladování jsou srovnatelné s tradičními bateriemi obsahujícími kobalt. Navíc baterie s katodou z TAQ lze nabíjet a vybíjet rychleji než existující baterie, což by mohlo urychlit proces nabíjení elektrických vozidel.
Pro zvýšení stability organického materiálu a jeho přilnavosti k aktuálnímu sběrače proudu baterie (typicky vyrobeného z mědi nebo hliníku) vědci přidali plniva, jako je celulóza a guma. Tato plniva nesníží výrazně kapacitu skladování baterie a chrání kvarc baterie před praskáním během nabíjení.
Zavedení baterií na bázi organických materiálů na trh by mohlo mít významný dopad na budoucnost elektrických vozidel. Toto řešení by mohlo pomoci vyhnout se problémům spojeným s těžbou kobaltu, snižování nákladů a ekologickému dopadu.
FAQ:
1. Jaký nový materiál je použit v nově vyvinuté lithium-iontové baterii?
Nově vyvinutá lithium-iontová baterie používá katodu založenou na organických materiálech namísto kobaltu nebo niklu.
2. Jaké jsou výhody použití nového materiálu v bateriích?
Vědci prokázali, že nový materiál dokáže vodivost elektřiny na podobné úrovni jako tradiční baterie s kobaltovou katodou. Navíc mají baterie s novým materiálem srovnatelnou kapacitu skladování a lze je nabíjet rychleji než baterie s kobaltovou katodou.
3. S jakými problémy souvisejícími s těžbou kobaltu se potýkají tradiční lithium-iontové baterie?
Kobalt je vzácný kov a jeho cena může dramaticky kolísat. Navíc se mnoho nalezišť kobaltu nachází v politicky nestabilních zemích. Dolování kobaltu také zahrnuje nebezpečné pracovní podmínky a generuje toxický odpad.
4. Jaké další materiály baterií jsou alternativami k tradičním bateriím obsahujícím kobalt?
Jedním alternativním materiálem je lithiová železná fosfátová baterie (LFP), která má téměř polovinu hustoty energie baterií s kobaltovým a niklovým obsahem. Organické materiály jsou také slibné, ale většina z nich nedosahuje vodivosti, kapacity skladování a odolnosti baterií s kobaltovou katodou.
5. Jaké jsou výhody nového materiálu vyvinutého vědci z MIT?
Testy tohoto materiálu ukázaly, že jeho vodivost a kapacita skladování jsou srovnatelné s tradičními bateriemi obsahujícími kobalt. Baterie s katodou z tohoto nového materiálu lze také nabíjet a vybíjet rychleji než existující baterie.
6. Jak byla zvýšena stabilita a přilnavost organického materiálu v baterii?
Vědci přidali plniva, jako je celulóza a guma, aby zvýšili stabilitu organického materiálu a jeho přilnavost k aktuálnímu sběrači proudu baterie. Tato plniva nesníží výrazně kapacitu skladování baterie a chrání kvarc baterie před praskáním během nabíjení.
7. Jaké by mohly být výhody zavedení baterií na bázi organických materiálů na trh?
Zavedení baterií na bázi organických materiálů na trh by mohlo pomoci vyhnout se problémům souvisejícím s těžbou kobaltu, což by vedlo ke snížení nákladů a menšímu ekologickému dopadu.
Definice:
– Lithium-iontová baterie: typ baterie, ve které se elektřina uchovává chemicky pomocí reakcí mezi lithiovými elektrodami a elektrolytem.
– Katoda: elektroda, kde probíhá redukční reakce v baterii nebo akumulátoru.
– Kobalt: kov používaný v tradičních lithium-iontových bateriích jako součást katody.
– Hustota energie: množství energie uloženého na jednotku objemu materiálu.
– Lithiová železná fosfátová baterie (LFP): materiál používaný v některých lithium-iontových bateriích jako alternativa kobaltu.
– Vodivost: schopnost materiálu vést elektrický proud.
– Plniva: materiály přidávané do baterie k zvýšení stability organického materiálu a zlepšení jeho přilnavosti k aktuálnímu sběrači proudu.
– Těžba: proces získávání surovin z přírodních zdrojů.
Navrhované související odkazy:
MIT
The source of the article is from the blog be3.sk