Novinky

Odeslat stránku emailem

Zašlete tuto stránku svým přátelům, ať se na ní také podívají.

Proč se snižuje kapacita Li-ion baterií, když stárnou

Vědci jsou stále blíže ke zjištění, proč lithium-iontové baterie v mobilních telefonech a přenosných počítačích mají omezenou životnost.

Lithium-iontové baterie, které se například používají v mobilních telefonech a v noteboocích, mají omezenou životnost. Technici poukazují na snížený výkon baterie přicházející během jejího užívání související se „snížením kapacity" této baterie. To se promítá do velikosti kapacity nabití baterie, která se může při opakovaném používání snižovat. Snížení kapacity je důvod, proč baterie mobilního telefonu, která předtím vydržela celý den, vydrží po několika letech jen pár hodin.

Dosud nebyly důvody, které vedly k poklesu kapacity, zcela známy. Ale výzkumní pracovníci zlaboratoře Argonne National Laboratory nedávno identifikovali hlavního viníka při zhoršování kapacity vysokoenergetických lithium-iontových baterií. V Li-ion bateriích – druhu používaném v noteboocích, smartphonech a hybridních vozidlech – je kapacita vázána přímo na množství iontů lithia, které může při nabíjení a vybíjení mezi dvěma svorkami baterie kolísat dolů a nahoru.

Toto kolísání je možné díky některým iontům přechodných kovů, které mění oxidační stavy během pohybu lithiových iontů dovnitř a ven z katody.Nicméně, když probíhá během nabíjení a vybíjení přesouvání iontů v baterii, některé z těchto iontů (nejvíce zejména mangan) se stáhnou z materiálu katody, a nakonec skončí na anodě baterie.

Jakmile se blíží k anodě, tyto kovové ionty vzájemně reagují s oblastí baterie zvanou mezifáze pevného elektrolytu, která se vytváří v důsledku reakcí mezi vysoce reaktivní anodou a kapalným elektrolytem, který unáší ionty lithia tam a zpět. U každé molekuly elektrolytu, která reaguje a rozkládá se v procesu zvaném redukce, uvízne v mezifázi lithiový iont. Jak dochází stále k většímu uvíznutí těchto iontů lithia, kapacita baterie se tak snižuje.

U některých molekul v této mezifázi neprobíhá úplná redukce, což znamená, že mohou přijmout více elektronů a vázat ještě více iontů lithia. Tyto molekuly představují troud očekávající jiskru.

Ionty manganu uložené v této mezifázi působí podobně jako jiskra, která způsobí vznícení troudu: Tyto ionty jsou účinné při urychlení reakcí s neúplně redukovanými molekulami a zachycují v tomto procesu více iontů lithia.

"Existuje přísná korelace mezi množstvím manganu, který si razí cestu do anody, a množstvím lithia, které uvízne," řekl vědec Daniel Abraham z laboratoře Argonne National Laboratory. "Teď, když již známe tyto mechanismy, které způsobují uvíznutí lithiových iontů a snížení kapacity, můžeme najít způsoby, jak tento problém vyřešit."