R\u00fdchly rozvoj elektrick\u00fdch vozidiel (EV) zv\u00fd\u0161il dopyt po surovin\u00e1ch pou\u017e\u00edvan\u00fdch na v\u00fdrobu l\u00edtiov\u00fdch bat\u00e9ri\u00ed, \u010do si vy\u017eaduje ich z\u00edskavanie z p\u00f4vodn\u00fdch nerastn\u00fdch surov\u00edn - to vyvol\u00e1va environment\u00e1lne aj soci\u00e1lne obavy.<\/p>\n
Chemick\u00e9 zlo\u017eenie l\u00edtiov\u00fdch bat\u00e9ri\u00ed sa l\u00ed\u0161i z h\u013eadiska mno\u017estva energie, ktor\u00fa dok\u00e1\u017eu uskladni\u0165, a po\u010dtu dob\u00edjan\u00ed, preto je v\u00fdber bat\u00e9rie pre va\u0161u konkr\u00e9tnu aplik\u00e1ciu ve\u013emi d\u00f4le\u017eit\u00fd.<\/p>\n
L\u00edtium-i\u00f3nov\u00e9 bat\u00e9rie sa r\u00fdchlo stali jednou z najroz\u0161\u00edrenej\u0161\u00edch technol\u00f3gi\u00ed v spotrebnej elektronike, ako s\u00fa mobiln\u00e9 telef\u00f3ny a prenosn\u00e9 po\u010d\u00edta\u010de, a \u010doraz \u010dastej\u0161ie sa pou\u017e\u00edvaj\u00fa aj v hybridn\u00fdch automobiloch. Ich vysok\u00e1 hustota energie umo\u017e\u0148uje uskladni\u0165 v\u00e4\u010d\u0161ie mno\u017estvo energie na men\u0161om priestore ako pri tradi\u010dn\u00fdch bat\u00e9riov\u00fdch technol\u00f3gi\u00e1ch.<\/p>\n
Li-ion bat\u00e9rie sa m\u00f4\u017eu prev\u00e1dzkova\u0165 bezpe\u010dne, ak sa dodr\u017eiavaj\u00fa osobitn\u00e9 bezpe\u010dnostn\u00e9 pokyny. Hoci je riziko ich po\u017eiaru ni\u017e\u0161ie ako pri l\u00edtium-kovov\u00fdch bat\u00e9ri\u00e1ch, nespr\u00e1vna manipul\u00e1cia s nimi m\u00f4\u017ee st\u00e1le predstavova\u0165 nebezpe\u010denstvo.<\/p>\n
L\u00edtium-i\u00f3nov\u00e9 bat\u00e9rie funguj\u00fa na princ\u00edpe interkal\u00e1cie a extrakcie, pri\u010dom i\u00f3ny l\u00edtia sa pohybuj\u00fa tam a sp\u00e4\u0165 medzi an\u00f3dou a kat\u00f3dou a vytv\u00e1raj\u00fa roztok elektrolytu zlo\u017een\u00fd z nevodn\u00fdch rozp\u00fa\u0161\u0165adiel, ako je etyl\u00e9nkarbon\u00e1t alebo propyl\u00e9nkarbon\u00e1t, ktor\u00fd oba roztoky obklopuje. Do tejto bat\u00e9rie by sa nikdy nemala dosta\u0165 vlhkos\u0165 vzh\u013eadom na siln\u00fa afinitu l\u00edtia k vode.<\/p>\n
K vyb\u00edjaniu doch\u00e1dza vtedy, ke\u010f sa i\u00f3ny l\u00edtia presun\u00fa z an\u00f3dy do roztoku elektrolytu, kde sa elektrick\u00fdm pr\u00fadom uvo\u013enia z v\u00e4zieb s an\u00f3dou, \u010d\u00edm sa uvo\u013enia elektr\u00f3ny, ktor\u00e9 m\u00f4\u017eu vo\u013ene pr\u00fadi\u0165 cez vonkaj\u0161ie vodi\u010de a vykon\u00e1va\u0165 pr\u00e1cu.<\/p>\n
L\u00edtium-i\u00f3nov\u00e9 bat\u00e9rie maj\u00fa oproti svojim n\u00e1protivkom mnoho v\u00fdhod vr\u00e1tane dobrej energetickej \u00fa\u010dinnosti a vysok\u00e9ho pomeru v\u00fdkonu k hmotnosti, n\u00edzkej miery samovyb\u00edjania, dlhej \u017eivotnosti a prenosn\u00e9ho dizajnu. Technol\u00f3gia oxidu kobaltu l\u00edtneho umo\u017e\u0148uje v l\u00edtium-i\u00f3nov\u00fdch autobat\u00e9ri\u00e1ch dosiahnu\u0165 vy\u0161\u0161iu hustotu energie ako jej alternat\u00edvy.<\/p>\n
Elektrolyty s\u00fa \u017eivotne d\u00f4le\u017eit\u00e9 miner\u00e1ly, ktor\u00e9 s\u00fa nevyhnutn\u00e9 pre hydrat\u00e1ciu n\u00e1\u0161ho tela a bunkov\u00e9 funkcie, ako aj pre celkov\u00e9 zdravotn\u00e9 v\u00fdhody, ako je prevencia \u00fanavy, z\u00e1vratov a bolest\u00ed hlavy. Nedostatok elektrolytov m\u00f4\u017ee dokonca vies\u0165 k dehydrat\u00e1cii, ktor\u00e1 v\u00fdrazne ovplyv\u0148uje \u017eivot a z\u00e1sadn\u00fdm sp\u00f4sobom nar\u00fa\u0161a ka\u017edodenn\u00e9 rutinn\u00e9 \u010dinnosti.<\/p>\n
L\u00edtium-i\u00f3nov\u00e9 bat\u00e9rie sa spoliehaj\u00fa na nevodn\u00e9 elektrolyty, aby sa zabr\u00e1nilo reakci\u00e1m s vodou a chr\u00e1nili sa ich elektr\u00f3dy pred degrad\u00e1ciou. \u010casto obsahuj\u00fa organick\u00e9 uhli\u010ditany, ako je etyl\u00e9nkarbon\u00e1t alebo propyl\u00e9nkarbon\u00e1t, s komplexmi, ktor\u00e9 v roztoku via\u017eu i\u00f3ny l\u00edtia; tento kvapaln\u00fd elektrolyt potom umo\u017e\u0148uje pohyb i\u00f3nov medzi an\u00f3dovou a kat\u00f3dovou elektr\u00f3dou, \u010d\u00edm sa vyr\u00e1ba elektrick\u00e1 energia.<\/p>\n
Ako sa i\u00f3ny l\u00edtia po\u010das vyb\u00edjania pohybuj\u00fa z an\u00f3dy do kat\u00f3dy cez elektrolyt, podliehaj\u00fa procesu vn\u00e1\u0161ania alebo interkal\u00e1cie, pri ktorom sa pren\u00e1\u0161aj\u00fa elektr\u00f3ny z kat\u00f3dy. T\u00fdm vznik\u00e1 v\u00fdstup chemickej energie ulo\u017eenej vo vonkaj\u0161om obvode \u010dl\u00e1nku; po\u010das nab\u00edjania tie ist\u00e9 i\u00f3ny rekombinuj\u00fa so svojimi elektr\u00f3nmi a vytv\u00e1raj\u00fa elektrick\u00fa energiu.<\/p>\n
Dinca a jeho t\u00edm pracuj\u00fa na v\u00fdvoji alternat\u00edvnych materi\u00e1lov pre bat\u00e9rie, ktor\u00e9 obsahuj\u00fa menej kobaltu, napr\u00edklad sod\u00edka alebo hor\u010d\u00edka. Tak\u00e9to bat\u00e9rie by mohli by\u0165 \u013eah\u0161ie a lacnej\u0161ie, \u010d\u00edm by sa stali atrakt\u00edvnej\u0161\u00edmi pre spotrebite\u013eov. Bat\u00e9rie bez kobaltu by mali ma\u0165 lep\u0161iu \u017eivotnos\u0165, recyklovate\u013enos\u0165 a dokonca by mohli by\u0165 bezpe\u010dnej\u0161ie na prepravu a skladovanie ako bat\u00e9rie s kobaltom.<\/p>\n
Kat\u00f3da je jednou zo z\u00e1kladn\u00fdch zlo\u017eiek l\u00edtiov\u00fdch bat\u00e9ri\u00ed. Funguje ako elektrick\u00fd vodi\u010d a u\u013eah\u010duje pohyb i\u00f3nov l\u00edtia medzi an\u00f3dou a kat\u00f3dou po\u010das procesov vyb\u00edjania\/nab\u00edjania. Kat\u00f3dy m\u00f4\u017eu by\u0165 zlo\u017een\u00e9 z r\u00f4znych materi\u00e1lov, ako s\u00fa oxidy prechodn\u00fdch kovov l\u00edtia, oxidy van\u00e1du, oxidy na b\u00e1ze mang\u00e1nu alebo fosfore\u010dnany l\u00edtia, ktor\u00e9 umo\u017e\u0148uj\u00fa reverzibiln\u00fa interkal\u00e1ciu\/deinterkal\u00e1ciu i\u00f3nov l\u00edtia po\u010das cyklov vyb\u00edjania\/nab\u00edjania.<\/p>\n
An\u00f3da je z\u00e1porn\u00e1 elektr\u00f3da, ktor\u00e1 je zodpovedn\u00e1 za odv\u00e1dzanie elektr\u00f3nov do vonkaj\u0161ieho obvodu po\u010das vyb\u00edjania \u010dl\u00e1nku. Naopak, kat\u00f3dy sp\u00e1jaj\u00fa kladne nabit\u00e9 i\u00f3ny l\u00edtia s elektr\u00f3nmi v elektrochemickej reduk\u010dnej reakcii na svojej kladnej elektr\u00f3de. Elektrolyt sl\u00fa\u017ei ako sprostredkovate\u013e z h\u013eadiska transportu i\u00f3nov l\u00edtia a elektr\u00f3nov medzi an\u00f3dou a kat\u00f3dami; s\u00e1m sa na elektrochemickej reakcii nez\u00fa\u010dast\u0148uje.<\/p>\n
Bolo vyvinut\u00fdch mnoho r\u00f4znych kat\u00f3dov\u00fdch materi\u00e1lov; tri najroz\u0161\u00edrenej\u0161ie v s\u00fa\u010dasnej v\u00fdrobe mo\u017eno zhrn\u00fa\u0165 do LiCoO2, LiMn2O4 a LiFePO4. Ka\u017ed\u00fd z nich vyu\u017e\u00edva l\u00edtium-i\u00f3nov\u00fa ch\u00e9miu; ich nab\u00edjacia kapacita a cyklick\u00e1 stabilita sa v\u0161ak u jednotliv\u00fdch modelov l\u00ed\u0161i.<\/p>\n
L\u00edtium-i\u00f3nov\u00e9 bat\u00e9rie z\u00e1visia od svojej kat\u00f3dy z h\u013eadiska energetickej hustoty aj \u017eivotnosti cyklu, preto\u017ee t\u00e1to zlo\u017eka uchov\u00e1va ve\u013ek\u00e9 mno\u017estvo l\u00edtiov\u00fdch i\u00f3nov s vysokou vodivos\u0165ou a mus\u00ed ich uchov\u00e1va\u0165 ve\u013ek\u00e9 mno\u017estvo, aby fungovala optim\u00e1lne. Na \u010fal\u0161ie zn\u00ed\u017eenie odporu a zv\u00fd\u0161enie v\u00fdkonnosti sa m\u00f4\u017eu ako vodiv\u00e9 pr\u00edsady prid\u00e1va\u0165 r\u00f4zne vodiv\u00e9 pr\u00edsady, ako s\u00fa sadze (CB), amorfn\u00fd uhl\u00edk (AC) alebo uhl\u00edkov\u00e9 vl\u00e1kna (CF); v tabu\u013eke 2 s\u00fa uveden\u00e9 v\u00fdsledky t\u00fdchto pr\u00edsad na vyb\u00edjacie kapacity a cyklick\u00e9 v\u00fdkony r\u00f4znych kat\u00f3dov\u00fdch materi\u00e1lov s r\u00f4znymi porovn\u00e1van\u00fdmi vodiv\u00fdmi pr\u00edsadami.<\/p>\n
\u017divotaschopnos\u0165 l\u00edtium-i\u00f3nov\u00fdch bat\u00e9ri\u00ed do zna\u010dnej miery ur\u010duj\u00fa materi\u00e1ly ich elektr\u00f3d - zn\u00e1me aj ako an\u00f3dy a kat\u00f3dy - ktor\u00e9 zohr\u00e1vaj\u00fa z\u00e1sadn\u00fa \u00falohu pri regul\u00e1cii energetickej hustoty a rozsahu nap\u00e4tia. V\u00e4\u010d\u0161ina l\u00edtiov\u00fdch bat\u00e9ri\u00ed vyu\u017e\u00edva uhl\u00edkov\u00e9 an\u00f3dy a kat\u00f3dy, v\u00fdskumn\u00edci v\u0161ak sk\u00famaj\u00fa alternat\u00edvne rie\u0161enia.<\/p>\n
K vyb\u00edjaniu doch\u00e1dza, ke\u010f an\u00f3da uvo\u013e\u0148uje i\u00f3ny l\u00edtia do kat\u00f3dy prostredn\u00edctvom interkal\u00e1cie, \u010d\u00edm sa vytv\u00e1ra pr\u00fad a energia. Pri nab\u00edjan\u00ed v\u0161ak doch\u00e1dza k opa\u010dn\u00e9mu procesu. Namiesto vyb\u00edjania i\u00f3nov l\u00edtia na kat\u00f3du prostredn\u00edctvom interkal\u00e1cie sa dost\u00e1vaj\u00fa do elektrolytu (pozost\u00e1vaj\u00faceho zo sol\u00ed l\u00edtia suspendovan\u00fdch v rozp\u00fa\u0161\u0165adle dimetylkarbon\u00e1te). Odtia\u013e putuj\u00fa sp\u00e4\u0165 k an\u00f3de a nakoniec sa cez tento roztok vr\u00e1tia sp\u00e4\u0165, aby dokon\u010dili svoj sp\u00e4tn\u00fd okruh.<\/p>\n
\u0160tandardn\u00e9 grafitov\u00e9 an\u00f3dy sa nedaj\u00fa pou\u017e\u00edva\u0165 dlhodobo, preto\u017ee opakovan\u00e9 vkladanie l\u00edtia sp\u00f4sobuje ich rozpad a stratu kapacity, pri\u010dom nezost\u00e1vaj\u00fa funk\u010dn\u00e9 \u010dl\u00e1nky LIB. Boli navrhnut\u00e9 alternat\u00edvy, ako napr\u00edklad hydroxidy kovov; ich vysok\u00e9 interkala\u010dn\u00e9 nap\u00e4tia v\u0161ak zni\u017euj\u00fa energetick\u00fa hustotu t\u00fdchto bat\u00e9ri\u00ed.<\/p>\n
Spolo\u010dnos\u0165 Amprius, ktor\u00e1 sa \u0161pecializuje na materi\u00e1ly pre bat\u00e9rie, vyvinula an\u00f3du s krem\u00edkov\u00fdm pl\u00e1\u0161\u0165om, ktor\u00fd obsahuje krem\u00edkov\u00e9 nanodr\u00f4ty ako jedno z mo\u017en\u00fdch rie\u0161en\u00ed. Jej v\u00fdkon bol vynikaj\u00faci: vydr\u017eala stovky nab\u00edjac\u00edch cyklov a z\u00e1rove\u0148 produkovala viac ako 435 W h\/kg energie.<\/p>\n
Separ\u00e1tor je z\u00e1kladnou zlo\u017ekou l\u00edtiov\u00fdch bat\u00e9ri\u00ed, ktor\u00e1 sl\u00fa\u017ei na oddelenie kladnej a z\u00e1pornej elektr\u00f3dy a z\u00e1rove\u0148 umo\u017e\u0148uje tok l\u00edtiov\u00fdch i\u00f3nov. Je vyroben\u00fd z por\u00e9znej membr\u00e1ny z r\u00f4znych polyolef\u00ednov\u00fdch materi\u00e1lov, ako je polyetyl\u00e9n alebo polypropyl\u00e9n, a jeho ve\u013ekos\u0165 ovplyv\u0148uje ve\u013ekos\u0165 pr\u00fadu, ktor\u00fd mo\u017eno odobera\u0165 po\u010das vyb\u00edjania, ako aj stabilitu po\u010das cyklovania.<\/p>\n
P\u00f3rovitos\u0165 separ\u00e1tora by mala by\u0165 dostato\u010dn\u00e1 na to, aby umo\u017e\u0148ovala vo\u013en\u00fd pohyb i\u00f3nov l\u00edtia medzi elektr\u00f3dami, so \u0161irok\u00fdm rozlo\u017een\u00edm p\u00f3rov, ktor\u00e9 sa po odpojen\u00ed alebo vypnut\u00ed bat\u00e9rie uzavr\u00fa; optim\u00e1lna ve\u013ekos\u0165 p\u00f3rov sa pohybuje medzi 30 a 100 nanometrami. Okrem toho mus\u00ed by\u0165 vysok\u00e1 aj jeho vodivos\u0165.<\/p>\n
Podstatn\u00e1 je aj zm\u00e1\u010davos\u0165 separ\u00e1tora, ktor\u00fd mus\u00ed po\u010das prev\u00e1dzky \u010dl\u00e1nku absorbova\u0165 dostato\u010dn\u00e9 mno\u017estvo elektrolytu do svojich p\u00f3rov bez toho, aby doch\u00e1dzalo k tvorbe dendritov a rastu SEI. M\u00f4\u017eu sa pou\u017ei\u0165 r\u00f4zne materi\u00e1ly separ\u00e1torov, ako napr\u00edklad netkan\u00fd PP, mikropor\u00e9zny jednovrstvov\u00fd PP, celul\u00f3za, sklenen\u00e9 vl\u00e1kna, PTFE alebo trojvrstvov\u00fd PP\/PE\/PP; niektor\u00e9 z nich maj\u00fa zlep\u0161en\u00e9 vlastnosti, ako napr\u00edklad zv\u00fd\u0161en\u00fa odolnos\u0165 vo\u010di oxid\u00e1cii alebo afinitu\/zm\u00e1\u010davos\u0165 s elektrolytmi; tieto zlep\u0161enia v\u00fdznamne prispievaj\u00fa k bezpe\u010dnosti a \u017eivotnosti bat\u00e9rie.<\/p>\n
Pr\u00fadov\u00e9 kolektory s\u00fa z\u00e1kladnou s\u00fa\u010das\u0165ou l\u00edtiov\u00fdch bat\u00e9ri\u00ed, preto\u017ee umo\u017e\u0148uj\u00fa tok elektr\u00f3nov medzi kat\u00f3dov\u00fdmi a an\u00f3dov\u00fdmi elektr\u00f3dami, \u010d\u00edm pom\u00e1haj\u00fa bat\u00e9rii dosiahnu\u0165 vysok\u00fa energetick\u00fa hustotu a zlep\u0161uj\u00fa bezpe\u010dnos\u0165 a v\u00fdkon. Musia by\u0165 navrhnut\u00e9 tak, aby vydr\u017eali vysok\u00e9 prev\u00e1dzkov\u00e9 nap\u00e4tie bez kor\u00f3zie svojich elektr\u00f3d.<\/p>\n
Kovy ako hlin\u00edk a me\u010f sa \u010dasto pou\u017e\u00edvaj\u00fa ako zbera\u010de pr\u00fadu v\u010faka ich relat\u00edvne n\u00edzkej cene a vynikaj\u00facej elektrickej vodivosti, av\u0161ak ich krehkos\u0165 si vy\u017eaduje ve\u013ek\u00fa hr\u00fabku, aby sa zachovala mechanick\u00e1 integrita.<\/p>\n
Vedci z NREL pri\u0161li s nov\u00fdm sp\u00f4sobom, ako zn\u00ed\u017ei\u0165 hr\u00fabku pr\u00fadov\u00e9ho kolektora a z\u00e1rove\u0148 zv\u00fd\u0161i\u0165 hustotu energie. Met\u00f3da zah\u0155\u0148a pokrytie akt\u00edvnych materi\u00e1lov zo separ\u00e1torov l\u00edtiov\u00fdch bat\u00e9ri\u00ed lepidlom, \u010d\u00edm sa vytvoria tenk\u00e9, ale \u013eahk\u00e9 kolektory pr\u00fadu, ktor\u00e9 pom\u00f4\u017eu zv\u00fd\u0161i\u0165 energetick\u00fa \u00fa\u010dinnos\u0165 l\u00edtiov\u00fdch bat\u00e9ri\u00ed pre automobily.<\/p>\n
Vedci sk\u00famaj\u00fa met\u00f3dy, ako zn\u00ed\u017ei\u0165 hr\u00fabku pr\u00fadov\u00fdch kolektorov a z\u00e1rove\u0148 zv\u00fd\u0161i\u0165 ich elektrochemick\u00fa stabilitu. Materi\u00e1ly na b\u00e1ze uhl\u00edka pon\u00fakaj\u00fa v porovnan\u00ed s kovov\u00fdmi materi\u00e1lmi ekologickej\u0161ie v\u00fdrobn\u00e9 postupy a \u010doraz viac sa vyu\u017e\u00edvaj\u00fa ako kolektory pr\u00fadu.<\/p>\n
Kolektory pr\u00fadu na b\u00e1ze uhl\u00edka maj\u00fa oproti svojim pevnej\u0161\u00edm n\u00e1protivkom mnoho v\u00fdhod vr\u00e1tane toho, \u017ee s\u00fa \u013eah\u0161ie a dostato\u010dne pru\u017en\u00e9 na to, aby zlep\u0161ili energetick\u00fa hustotu a kapacitu bat\u00e9rie - \u010do je vzh\u013eadom na rast\u00facu popularitu l\u00edtium-i\u00f3nov\u00fdch bat\u00e9ri\u00ed \u010doraz d\u00f4le\u017eitej\u0161ia po\u017eiadavka.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
R\u00fdchly rozvoj elektrick\u00fdch vozidiel (EV) zv\u00fd\u0161il dopyt po surovin\u00e1ch pou\u017e\u00edvan\u00fdch na v\u00fdrobu l\u00edtiov\u00fdch bat\u00e9ri\u00ed, \u010do si vy\u017eaduje ich z\u00edskavanie z p\u00f4vodn\u00fdch nerastn\u00fdch surov\u00edn - to vyvol\u00e1va environment\u00e1lne aj soci\u00e1lne obavy. Chemick\u00e9 technol\u00f3gie l\u00edtiov\u00fdch bat\u00e9ri\u00ed sa l\u00ed\u0161ia z h\u013eadiska toho, ko\u013eko energie dok\u00e1\u017eu uskladni\u0165 a ko\u013ekokr\u00e1t ich mo\u017eno dobi\u0165, \u010do sp\u00f4sobuje, \u017ee v\u00fdber ...<\/p>\n