Tým vědců z Cornell University vytvořil novou lithiovou baterii, kterou lze nabít za méně než pět minut, tedy mnohem rychleji než kteroukoliv podobnou baterii na trhu. Přitom je zachován stabilní výkon i během tisíců cyklů nabíjení a vybíjení.

Nová baterie by podle akademiků z americké Cornell University mohla zmírnit „úzkost z dojezdu“ řidičů, kteří se obávají, že elektrická vozidla nemohou ujet dlouhé vzdálenosti bez časově náročného dobíjení. Problém s dlouhým nabíjením je pro elektrifikaci v dopravě větší překážkou než kterákoli jiná, jako třeba cena nebo kapacita baterií. A navíc platí – pokud je možné nabít baterii za pět minut, není nezbytný dojez pěti set kilometrů. Stačí méně, což by mohlo snížit náklady na elektromobily a umožnit jejich širší přijetí.

Bateriová logika

Lithium-iontové baterie patří mezi nejoblíbenější pro napájení elektromobilů a chytrých telefonů. Jejich nabíjení však trvá dlouho. Cílem vědců tedy bylo vytvořit superrychle nabíjenou baterii. Vyprodukovali tedy tzv. indiovou anodu, kterou lze efektivně spárovat s různými materiály katody a vytvořit baterii, která se rychle nabíjí a pomalu vybíjí.

U nové baterie se vědci zaměřili na kinetiku elektrochemických reakcí, konkrétně s využitím konceptu nazývaného „Damköhlerovo číslo“. To je v podstatě míra rychlosti, kterou probíhají chemické reakce, vzhledem k rychlosti, kterou je materiál transportován do místa reakce.

Identifikace materiálů bateriových elektrod s vysokou rychlostí přenosu v pevné fázi, a tedy nízkými Damköhlerovy čísly, pomohla výzkumníkům vybrat indium jako slibný materiál pro rychlonabíjecí baterie. 

Indium je měkký kov, který se většinou používá k výrobě povlaků oxidu india a cínu pro dotykové obrazovky a solární panely. 

Klíčovou inovací je, že vědci objevili konstrukční princip, který umožňuje kovovým iontům na anodě baterie se volně pohybovat, najít správnou konfiguraci a teprve poté se podílet na reakci uchovávání náboje. Konečným výsledkem je, že v každém nabíjecím cyklu je elektroda ve stabilním morfologickém stavu. To je také to, co dává novým rychlonabíjecím bateriím nejen rychlost, ale také schopnost tisíců cyklů opakovaného nabíjení a vybíjení.

Jak nabíjíme dnes

Doba nabíjení a životnost baterií současných elektroaut se může lišit v závislosti na konkrétním modelu auta a typu baterie. Na domácím nabíjecím zařízení (např. stěnová nabíječka) může doba nabíjení trvat několik hodin až po celý den, v závislosti na kapacitě baterie a rychlosti nabíjení. 

Modernější elektroauta bývají obvykle vybavena rychlonabíjecími systémy, které mohou zkrátit dobu nabíjení zkrátit. Rychlonabíjecí stanice, které jsou k dispozici na veřejných místech, mohou nabít baterii elektroauta na 80 % během 30 minut. Některé moderní modely nabízejí ještě rychlejší nabíjení.

Baterie elektroaut mají omezený počet nabíjecích cyklů, tedy plného vybití a nabití. Odborníci obvykle udávají životnost baterií ve stovkách až několika tisících nabíjecích cyklů. Po dosažení určitého počtu cyklů může kapacita baterie začít klesat. Výrobci se snaží minimalizovat degradaci baterií pomocí různých technologických postupů, jako jsou termální řízení, management nabíjení a vylepšené chemické složení baterií.

Foto: Daniel Dočekal, ilustrace (DALL E 3)