SK On, południowokoreański producent ogniw Li-ion, pochwalił się nowinką: polimerowym elektrolitem do ogniw, w których anoda buduje się w trakcie ładowania z czystego litu. W przeciwieństwie do dotychczasowych stałych elektrolitów opartych na tlenkach lub siarczkach, elektrolit polimerowy SK On przewodzi jony w temperaturze pokojowej. Inne ogniwa Li-metal potrzebują elektrolitów podgrzanych do temperatury 70-80 stopni Celsjusza, co nie zawsze jest łatwe w realizacji.
Polimerowy elektrolit jako prototypowe rozwiązanie problemu solid-state
Spis treści
Gdy chodzi o budowę ogniw elektrochemicznych, lit jest pierwiastkiem niemal idealnym. Jego jony są małe, więc można je upakować ciasno i w anodzie, i w katodzie. Dziś stosuje się anody węglowe (grafitowe), ewentualnie domieszkowane krzemem, ale najlepsze byłyby anody wykonane z czystego litu (Li-metal) – to właśnie od nich zaczęły się prace nad ogniwami litowymi. Problemem anod litowych jest fakt, że pierwiastek nie układa się grzecznie w plastrze elektrody, lecz buduje gałęzie: dendryty. Gdy te dotrą do katody, ogniwo zamienia się w fajerwerk.
Litowe dendryty przyrastające na powierzchni elektrody
Rozwiązanie problemu dendrytów zajęło parędziesiąt lat: zrezygnowano z wysokich pojemności anod litowych, zastąpiono je węglem, użyto ciekłych elektrolitów, które potrafią częściowo rozpuszczać wypustki metalu, uznano też, że powrót do Li-metal możliwy będzie po wynalezieniu stałego elektrolitu. To właśnie w ten sposób baterie solid-state obrosły mitem świętego Graala, ideału ogniw litowych. Tymczasem mało kto wie, że stałe elektrolity już mamy, zastosowano je nawet w różnych pojazdach, tylko jest z nim pewien problem: osiągają wysoką przepuszczalność jonową (czytaj: ogniwo staje się ogniwem), gdy zostaną podgrzane do kilkudziesięciu stopni Celsjusza. Bateria musi zmarnować część energii na podtrzymanie wewnętrznego ciepła.
Mercedes eCitaro G był pierwszym autobusem z bateriami solid-state (c) Mercedes
To nie koniec kłopotów: przy wysokich mocach ładowania i wysokich temperaturach wzrost dendrytów jest największy. Stały elektrolit musi zatem utrzymywać swoją stałą strukturę, żeby kruszyć litowe gałęzie – ale to wiąże się z niższą przepuszczalnością jonową. Słowem: baterie solid-state wytrzymują bardzo wysokie moce ładowania bez uszkodzeń, tylko że wtedy mają znacznie niższe pojemności niż deklarowane.
SK On z ogniwami Li-metal prawie-solid-state
SK On w swoim wynalazku nie mówi, że są to ogniwa solid-state. Wyglądają one jak kolejna iteracja ogniw Li-poly, czyli z elektrolitem rozpuszczonym w twardej polimerowej gąbce (SIPE, single-ion conducting polymer electrolyte; źródło) z odważną zmianą: litową anodą. Ich zaletą jest wysoka przepuszczalność jonów na tle elektrolitów stałych, duża twardość oraz możliwość utrzymania 77 procent pojemności przy ładowaniu i rozładowywaniu z dużymi mocami (2 C w stosunku do 0,1 C).
Ogniwo SK On, zdjęcie ilustracyjne (c) SK Innovation
Kluczową zaletą SIPE jest praca w temperaturze pokojowej, wysoka wytrzymałość mechaniczna ułatwiająca nakładanie i formowanie ogniw oraz takie własności elektrolitu, które w warstwie pasywnej hamują wzrost dendrytów. Nowy elektrolit polimerowy może w przyszłości pomóc w pracach nad bateriami solid-state. Równolegle SK On pracuje nad ogniwami ze stałym elektrolitem opartymi na tlenkach w postaci polimerowych kompozytów oraz siarczkach. Pierwsze prototypy tych ostatnich mają być gotowe w 2025 i 2026 roku. Do komercjalizacji akumulatorów solid-state SK On ma dojść odpowiednio w 2028 i 2029 roku.
Nie przegap nowych treści, KLIKNIJ i OBSERWUJ Elektrowoz.pl w Google News. Mogą Cię też zainteresować poniższe reklamy:
