Rychl\u00fd rozvoj elektromobil\u016f zv\u00fd\u0161il popt\u00e1vku po surovin\u00e1ch pou\u017e\u00edvan\u00fdch k v\u00fdrob\u011b lithiov\u00fdch bateri\u00ed, co\u017e vy\u017eaduje jejich z\u00edsk\u00e1v\u00e1n\u00ed z p\u016fvodn\u00edch nerost\u016f, co\u017e vyvol\u00e1v\u00e1 obavy jak z hlediska \u017eivotn\u00edho prost\u0159ed\u00ed, tak ze soci\u00e1ln\u00edho hlediska.<\/p>\n
Chemick\u00e9 slo\u017een\u00ed lithiov\u00fdch bateri\u00ed se li\u0161\u00ed podle toho, kolik energie mohou uchovat a kolikr\u00e1t je lze dob\u00edt, a proto je v\u00fdb\u011br baterie pro konkr\u00e9tn\u00ed aplikaci z\u00e1sadn\u00ed.<\/p>\n
Lithium-iontov\u00e9 baterie se rychle staly jednou z nejpou\u017e\u00edvan\u011bj\u0161\u00edch technologi\u00ed ve spot\u0159ebn\u00ed elektronice, jako jsou mobiln\u00ed telefony a notebooky, a st\u00e1le \u010dast\u011bji se pou\u017e\u00edvaj\u00ed tak\u00e9 v hybridn\u00edch automobilech. Jejich vysok\u00e1 hustota energie umo\u017e\u0148uje ulo\u017eit v\u011bt\u0161\u00ed mno\u017estv\u00ed energie na men\u0161\u00edm prostoru ne\u017e u tradi\u010dn\u00edch bateriov\u00fdch technologi\u00ed.<\/p>\n
Li-ion baterie lze provozovat bezpe\u010dn\u011b, pokud jsou dodr\u017eov\u00e1ny specifick\u00e9 bezpe\u010dnostn\u00ed p\u0159edpisy. A\u010dkoli je riziko po\u017e\u00e1ru u nich ni\u017e\u0161\u00ed ne\u017e u lithium-kovov\u00fdch bateri\u00ed, nespr\u00e1vn\u00e1 manipulace s nimi m\u016f\u017ee st\u00e1le p\u0159edstavovat nebezpe\u010d\u00ed.<\/p>\n
Lithium-iontov\u00e9 baterie funguj\u00ed na principu interkalace a extrakce, kdy se ionty lithia pohybuj\u00ed tam a zp\u011bt mezi anodou a katodou a vytv\u00e1\u0159ej\u00ed roztok elektrolytu slo\u017een\u00fd z nevodn\u00fdch rozpou\u0161t\u011bdel, jako je ethylenkarbon\u00e1t nebo propylenkarbon\u00e1t, kter\u00fd je oba obaluje. Do t\u00e9to baterie by se nikdy nem\u011bla dostat vlhkost kv\u016fli siln\u00e9 afinit\u011b lithia k vod\u011b.<\/p>\n
K vyb\u00edjen\u00ed doch\u00e1z\u00ed, kdy\u017e se ionty lithia p\u0159esunou z anody do roztoku elektrolytu, kde se elektrick\u00fdm proudem uvoln\u00ed ze sv\u00fdch vazebn\u00fdch m\u00edst a n\u00e1sledn\u011b se zbav\u00ed vazeb s anodou - uvoln\u00ed se tak elektrony, kter\u00e9 mohou voln\u011b proudit vn\u011bj\u0161\u00edmi vodi\u010di a vykon\u00e1vat pr\u00e1ci.<\/p>\n
Lithium-iontov\u00e9 baterie maj\u00ed oproti sv\u00fdm prot\u011bj\u0161k\u016fm mnoho v\u00fdhod, v\u010detn\u011b dobr\u00e9 energetick\u00e9 \u00fa\u010dinnosti a vysok\u00e9ho pom\u011bru v\u00fdkonu k hmotnosti, n\u00edzk\u00e9 m\u00edry samovyb\u00edjen\u00ed, dlouh\u00e9 \u017eivotnosti a p\u0159enosn\u00e9ho proveden\u00ed. Technologie oxidu kobaltu lithn\u00e9ho umo\u017e\u0148uje u lithium-iontov\u00fdch autobateri\u00ed vy\u0161\u0161\u00ed hustotu energie ne\u017e jej\u00ed alternativy.<\/p>\n
Elektrolyty jsou \u017eivotn\u011b d\u016fle\u017eit\u00e9 miner\u00e1ly, kter\u00e9 jsou nezbytn\u00e9 pro hydrataci na\u0161eho t\u011bla a bun\u011b\u010dn\u00e9 funkce, stejn\u011b jako pro celkov\u00e9 zdrav\u00ed, jako je prevence \u00fanavy, z\u00e1vrat\u00ed a bolest\u00ed hlavy. Nedostatek elektrolyt\u016f m\u016f\u017ee dokonce v\u00e9st k dehydrataci, kter\u00e1 v\u00fdznamn\u011b ovliv\u0148uje \u017eivot a z\u00e1sadn\u00edm zp\u016fsobem naru\u0161uje ka\u017edodenn\u00ed rutinu.<\/p>\n
Lithium-iontov\u00e9 baterie se spol\u00e9haj\u00ed na nevodn\u00e9 elektrolyty, kter\u00e9 zabra\u0148uj\u00ed reakc\u00edm s vodou a chr\u00e1n\u00ed jejich elektrody p\u0159ed degradac\u00ed. \u010casto obsahuj\u00ed organick\u00e9 uhli\u010ditany, jako je ethylenkarbon\u00e1t nebo propylenkarbon\u00e1t, s komplexy, kter\u00e9 v roztoku v\u00e1\u017eou ionty lithia; tento kapaln\u00fd elektrolyt pak umo\u017e\u0148uje pohyb iont\u016f mezi anodovou a katodovou elektrodou a v\u00fdrobu elektrick\u00e9 energie.<\/p>\n
Jak se ionty lithia b\u011bhem vyb\u00edjen\u00ed pohybuj\u00ed elektrolytem od anody ke katod\u011b, proch\u00e1zej\u00ed procesem inzerce nebo interkalace, p\u0159i kter\u00e9m se p\u0159en\u00e1\u0161ej\u00ed elektrony z katody. T\u00edm vznik\u00e1 v\u00fdstup chemick\u00e9 energie ulo\u017een\u00e9 ve vn\u011bj\u0161\u00edm obvodu \u010dl\u00e1nku; b\u011bhem nab\u00edjen\u00ed tyt\u00e9\u017e ionty rekombinuj\u00ed se sv\u00fdmi elektrony a vytv\u00e1\u0159ej\u00ed elekt\u0159inu.<\/p>\n
Dinca a jeho t\u00fdm pracuj\u00ed na v\u00fdvoji alternativn\u00edch materi\u00e1l\u016f pro baterie, kter\u00e9 obsahuj\u00ed m\u00e9n\u011b kobaltu, nap\u0159\u00edklad sod\u00edk nebo ho\u0159\u010d\u00edk. Takov\u00e9 baterie by mohly b\u00fdt leh\u010d\u00ed a levn\u011bj\u0161\u00ed, co\u017e by je u\u010dinilo atraktivn\u011bj\u0161\u00edmi pro spot\u0159ebitele. Bezkobaltov\u00e9 baterie by m\u011bly m\u00edt lep\u0161\u00ed \u017eivotnost cykl\u016f, recyklovatelnost a mohly by b\u00fdt dokonce bezpe\u010dn\u011bj\u0161\u00ed p\u0159i p\u0159eprav\u011b a skladov\u00e1n\u00ed ne\u017e kobaltov\u00e9.<\/p>\n
Katoda je jednou ze z\u00e1kladn\u00edch sou\u010d\u00e1st\u00ed lithiov\u00fdch bateri\u00ed. Funguje jako elektrick\u00fd vodi\u010d a usnad\u0148uje pohyb iont\u016f lithia mezi anodou a katodou b\u011bhem vyb\u00edjen\u00ed a nab\u00edjen\u00ed. Katody mohou b\u00fdt slo\u017eeny z r\u016fzn\u00fdch materi\u00e1l\u016f, jako jsou oxidy p\u0159echodn\u00fdch kov\u016f lithia, oxidy vanadu, oxidy na b\u00e1zi manganu nebo fosfore\u010dnany lithia, kter\u00e9 umo\u017e\u0148uj\u00ed vratnou interkalaci\/deinterkalaci iont\u016f lithia b\u011bhem cykl\u016f vyb\u00edjen\u00ed\/nab\u00edjen\u00ed.<\/p>\n
Anoda je z\u00e1porn\u00e1 elektroda, kter\u00e1 p\u0159i vyb\u00edjen\u00ed \u010dl\u00e1nku odv\u00e1d\u00ed elektrony do vn\u011bj\u0161\u00edho obvodu. Naopak katody spojuj\u00ed kladn\u011b nabit\u00e9 ionty lithia s elektrony v elektrochemick\u00e9 reduk\u010dn\u00ed reakci na sv\u00e9 kladn\u00e9 elektrod\u011b. Elektrolyt slou\u017e\u00ed jako prost\u0159edn\u00edk z hlediska transportu iont\u016f lithia a elektron\u016f mezi anodou a katodami; s\u00e1m se elektrochemick\u00e9 reakce ne\u00fa\u010dastn\u00ed.<\/p>\n
Bylo vyvinuto mnoho r\u016fzn\u00fdch katodov\u00fdch materi\u00e1l\u016f; t\u0159i nejroz\u0161\u00ed\u0159en\u011bj\u0161\u00ed v sou\u010dasn\u00e9 v\u00fdrob\u011b lze shrnout do LiCoO2, LiMn2O4 a LiFePO4. Ka\u017ed\u00fd z nich vyu\u017e\u00edv\u00e1 lithium-iontovou chemii; jejich nab\u00edjec\u00ed kapacita a cyklick\u00e1 stabilita se v\u0161ak u jednotliv\u00fdch model\u016f li\u0161\u00ed.<\/p>\n
Energetick\u00e1 hustota i \u017eivotnost lithium-iontov\u00fdch bateri\u00ed z\u00e1vis\u00ed na jejich katod\u00e1ch, proto\u017ee tato sou\u010d\u00e1st uchov\u00e1v\u00e1 velk\u00e9 mno\u017estv\u00ed iont\u016f lithia s vysokou vodivost\u00ed a mus\u00ed jich uchov\u00e1vat velk\u00e9 mno\u017estv\u00ed, aby fungovaly optim\u00e1ln\u011b. Pro dal\u0161\u00ed sn\u00ed\u017een\u00ed odporu a zv\u00fd\u0161en\u00ed v\u00fdkonu lze jako vodiv\u00e9 p\u0159\u00edsady p\u0159id\u00e1vat r\u016fzn\u00e9 vodiv\u00e9 p\u0159\u00edsady, jako jsou saze (CB), amorfn\u00ed uhl\u00edk (AC) nebo uhl\u00edkov\u00e1 vl\u00e1kna (CF); v tabulce 2 jsou uvedeny v\u00fdsledky t\u011bchto p\u0159\u00edsad na vyb\u00edjec\u00ed kapacity a cyklick\u00e9 v\u00fdkony r\u016fzn\u00fdch katodov\u00fdch materi\u00e1l\u016f s r\u016fzn\u00fdmi porovn\u00e1van\u00fdmi vodiv\u00fdmi p\u0159\u00edsadami.<\/p>\n
\u017divotaschopnost lithium-iontov\u00fdch bateri\u00ed do zna\u010dn\u00e9 m\u00edry ur\u010duj\u00ed materi\u00e1ly jejich elektrod - zn\u00e1m\u00e9 tak\u00e9 jako anody a katody - kter\u00e9 hraj\u00ed z\u00e1sadn\u00ed roli p\u0159i regulaci hustoty energie a rozsahu nap\u011bt\u00ed. V\u011bt\u0161ina lithiov\u00fdch bateri\u00ed vyu\u017e\u00edv\u00e1 uhl\u00edkov\u00e9 anody a katody, v\u00fdzkumn\u00edci v\u0161ak zkoumaj\u00ed alternativn\u00ed \u0159e\u0161en\u00ed.<\/p>\n
K vyb\u00edjen\u00ed doch\u00e1z\u00ed, kdy\u017e anoda uvol\u0148uje lithiov\u00e9 ionty do katody interkalac\u00ed, \u010d\u00edm\u017e vznik\u00e1 proud a energie. P\u0159i nab\u00edjen\u00ed v\u0161ak doch\u00e1z\u00ed k opa\u010dn\u00e9mu procesu. M\u00edsto aby se ionty lithia interkalac\u00ed vyb\u00edjely na katodu, dost\u00e1vaj\u00ed se do elektrolytu (tvo\u0159en\u00e9ho solemi lithia suspendovan\u00fdmi v rozpou\u0161t\u011bdle dimethylkarbon\u00e1tu). Odtud putuj\u00ed zp\u011bt k anod\u011b a nakonec se t\u00edmto roztokem vracej\u00ed zp\u011bt a dokon\u010duj\u00ed zp\u011btn\u00fd okruh.<\/p>\n
Standardn\u00ed grafitov\u00e9 anody nelze pou\u017e\u00edvat dlouhodob\u011b, proto\u017ee p\u0159i opakovan\u00e9m vkl\u00e1d\u00e1n\u00ed lithia se rozpadaj\u00ed a ztr\u00e1cej\u00ed kapacitu, tak\u017ee nez\u016fst\u00e1vaj\u00ed funk\u010dn\u00ed \u010dl\u00e1nky LIB. Byly navr\u017eeny alternativy, jako jsou hydroxidy kov\u016f; jejich vysok\u00e9 interkala\u010dn\u00ed nap\u011bt\u00ed v\u0161ak sni\u017euje energetickou hustotu t\u011bchto bateri\u00ed.<\/p>\n
Spole\u010dnost Amprius, kter\u00e1 se specializuje na materi\u00e1ly pro baterie, vyvinula jako jedno z mo\u017en\u00fdch \u0159e\u0161en\u00ed anodu s k\u0159em\u00edkov\u00fdm pl\u00e1\u0161t\u011bm, kter\u00fd obaluje k\u0159em\u00edkov\u00e9 nanodr\u00e1tky. Jej\u00ed v\u00fdkon byl ji\u017e testov\u00e1n v pseudosatelitn\u00edm akumul\u00e1toru Airbus Zephyr S pro testovac\u00ed \u00fa\u010dely a byl vynikaj\u00edc\u00ed: vydr\u017eel stovky nab\u00edjec\u00edch cykl\u016f a z\u00e1rove\u0148 produkoval v\u00edce ne\u017e 435 W h\/kg energie.<\/p>\n
Separ\u00e1tor je z\u00e1kladn\u00ed sou\u010d\u00e1st\u00ed lithiov\u00fdch bateri\u00ed, slou\u017e\u00ed k odd\u011blen\u00ed kladn\u00e9 a z\u00e1porn\u00e9 elektrody a z\u00e1rove\u0148 umo\u017e\u0148uje tok lithiov\u00fdch iont\u016f. Je vyroben z por\u00e9zn\u00ed membr\u00e1ny z r\u016fzn\u00fdch polyolefinov\u00fdch materi\u00e1l\u016f, jako je polyethylen nebo polypropylen, a jeho velikost ovliv\u0148uje velikost proudu, kter\u00fd lze odeb\u00edrat b\u011bhem vyb\u00edjen\u00ed, a tak\u00e9 ur\u010duje stabilitu b\u011bhem cyklov\u00e1n\u00ed.<\/p>\n
P\u00f3rovitost separ\u00e1toru by m\u011bla b\u00fdt dostate\u010dn\u00e1, aby umo\u017e\u0148ovala voln\u00fd pohyb iont\u016f lithia mezi elektrodami, s \u0161irok\u00fdm rozlo\u017een\u00edm p\u00f3r\u016f, kter\u00e9 se uzav\u0159ou, kdy\u017e je baterie odpojena od s\u00edt\u011b nebo vypnuta; optim\u00e1ln\u00ed velikost p\u00f3r\u016f se pohybuje mezi 30 a 100 nanometry. Krom\u011b toho mus\u00ed b\u00fdt tak\u00e9 vysok\u00e1 vodivost.<\/p>\n
Z\u00e1sadn\u00ed je tak\u00e9 sm\u00e1\u010divost separ\u00e1toru, kter\u00fd mus\u00ed b\u011bhem provozu \u010dl\u00e1nku absorbovat dostate\u010dn\u00e9 mno\u017estv\u00ed elektrolytu do sv\u00fdch p\u00f3r\u016f, ani\u017e by doch\u00e1zelo k tvorb\u011b dendrit\u016f a r\u016fstu SEI. Lze pou\u017e\u00edt r\u016fzn\u00e9 materi\u00e1ly separ\u00e1tor\u016f, jako je netkan\u00fd PP, mikropor\u00e9zn\u00ed jednovrstv\u00fd PP, celul\u00f3za, sklen\u011bn\u00e1 vl\u00e1kna, PTFE nebo t\u0159\u00edvrstv\u00fd PP\/PE\/PP; n\u011bkter\u00e9 z nich maj\u00ed zlep\u0161en\u00e9 vlastnosti, jako je zv\u00fd\u0161en\u00e1 odolnost v\u016f\u010di oxidaci nebo afinita\/sm\u00e1\u010divost s elektrolyty; tato zlep\u0161en\u00ed v\u00fdznamn\u011b p\u0159isp\u00edvaj\u00ed k bezpe\u010dnosti a \u017eivotnosti bateri\u00ed.<\/p>\n
Proudov\u00e9 sb\u011bra\u010de jsou nezbytnou sou\u010d\u00e1st\u00ed lithiov\u00fdch bateri\u00ed, proto\u017ee umo\u017e\u0148uj\u00ed tok elektron\u016f mezi katodovou a anodovou elektrodou, \u010d\u00edm\u017e pom\u00e1haj\u00ed baterii dos\u00e1hnout vysok\u00e9 hustoty energie a zvy\u0161uj\u00ed jej\u00ed bezpe\u010dnost a v\u00fdkon. Mus\u00ed b\u00fdt navr\u017eeny tak, aby odol\u00e1valy vysok\u00fdm provozn\u00edm nap\u011bt\u00edm, ani\u017e by doch\u00e1zelo ke korozi jejich elektrod.<\/p>\n
Kovy, jako je hlin\u00edk a m\u011b\u010f, se \u010dasto pou\u017e\u00edvaj\u00ed jako sb\u011bra\u010de proudu d\u00edky sv\u00e9 relativn\u011b n\u00edzk\u00e9 cen\u011b a vynikaj\u00edc\u00ed elektrick\u00e9 vodivosti, av\u0161ak jejich k\u0159ehkost vy\u017eaduje velk\u00e9 tlou\u0161\u0165ky, aby byla zachov\u00e1na mechanick\u00e1 integrita.<\/p>\n
V\u011bdci z NREL p\u0159i\u0161li s nov\u00fdm zp\u016fsobem, jak sn\u00ed\u017eit tlou\u0161\u0165ku proudov\u00e9ho kolektoru a z\u00e1rove\u0148 zv\u00fd\u0161it hustotu energie. Metoda spo\u010d\u00edv\u00e1 v pota\u017een\u00ed aktivn\u00edch materi\u00e1l\u016f ze separ\u00e1tor\u016f lithiov\u00fdch bateri\u00ed lepidlem, \u010d\u00edm\u017e se vytvo\u0159\u00ed tenk\u00e9 a z\u00e1rove\u0148 lehk\u00e9 proudov\u00e9 kolektory, kter\u00e9 pomohou zv\u00fd\u0161it energetickou \u00fa\u010dinnost lithiov\u00fdch bateri\u00ed pro automobily.<\/p>\n
V\u011bdci zkoumaj\u00ed metody, jak sn\u00ed\u017eit tlou\u0161\u0165ku proudov\u00fdch kolektor\u016f a sou\u010dasn\u011b zv\u00fd\u0161it jejich elektrochemickou stabilitu. Materi\u00e1ly na b\u00e1zi uhl\u00edku nab\u00edzej\u00ed ve srovn\u00e1n\u00ed s kovov\u00fdmi materi\u00e1ly ekologi\u010dt\u011bj\u0161\u00ed v\u00fdrobn\u00ed postupy a jsou st\u00e1le \u010dast\u011bji vyu\u017e\u00edv\u00e1ny jako proudov\u00e9 kolektory.<\/p>\n
Proudov\u00e9 kolektory na b\u00e1zi uhl\u00edku maj\u00ed oproti sv\u00fdm pevn\u011bj\u0161\u00edm prot\u011bj\u0161k\u016fm mnoho v\u00fdhod, v\u010detn\u011b toho, \u017ee jsou leh\u010d\u00ed a dostate\u010dn\u011b pru\u017en\u00e9, aby zlep\u0161ily energetickou hustotu a kapacitu bateri\u00ed - co\u017e je vzhledem k rostouc\u00ed oblib\u011b lithium-iontov\u00fdch bateri\u00ed st\u00e1le d\u016fle\u017eit\u011bj\u0161\u00ed po\u017eadavek.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Rapid expansion of electric vehicles (EVs) has increased demand for raw materials used to manufacture lithium batteries, necessitating their source from virgin minerals – this poses both environmental and social concerns. Lithium battery chemistries differ in terms of how much energy they can store and the number of times they can be recharged, making choosing …<\/p>\n