Jednou z najväčších prekážok pri rozvoji elektromobilov je samotná batéria – jej bezpečnosť, rýchlosť nabíjania a kapacita. Vedci z amerického Národného laboratória Oak Ridge (ORNL) práve ohlásili objav, ktorý by mohol všetky tri problémy vyriešiť naraz: ich nový polymérový elektrolyt rozpohybuje ióny miliardy násobne rýchlejšie, než je bežné.

Prečo sú pevnolátkové batérie také ťažké?

Konvenčné lítiové batérie používajú tekuté elektrolyty, ktoré síce dobre vedú ióny, ale sú horľavé a reaktívne. To predstavuje bezpečnostné riziko. Pevnolátkové batérie majú pevné elektrolyty a mali by byť bezpečnejšie, ale tie majú svoje vlastné problémy.

Niektoré pevnolátkové batérie totiž využívajú keramické elektrolyty, tzv. superiónové keramiky, ktoré vedú ióny veľmi efektívne, ale sú krehké, ťažko sa vyrábajú a často majú problém udržiavať dobrý kontakt s elektródami.

Polyméry sú zasa flexibilné a ľahšie spracovateľné, ale majú slabú iónovú vodivosť. 

Mohlo by vás zaujímať

Technológie

12. apríla 2026

Nový cement zo sopečnej horniny môže znížiť emisie až o 67 %

Nabité skupiny, neutrálna molekula

Vedci preto potrebovali precíznu chemickú prestavbu. Vyvinuli molekulárnu dizajnovú stratégiu, ktorá polymérom umožňuje superiónové správanie. Potom starostlivo vyladili štruktúru polyméru tak, že doň pridali presné množstvo molekulárnych skupín zvaných zwitterióny. Tieto špeciálne molekuly majú kladný aj záporný náboj, čo zvyšuje lokálnu polaritu, ale výsledná makromolekula zostáva elektricky neutrálna. 

Výskumníci určili, koľko polymérových jednotiek by malo obsahovať zwitterióny – zhruba 80 %. To umožnilo vznik stabilných iónovo-vodivých kanálov. Funguje to tak, že ióny najprv tvoria malé izolované skupinky, no keď sa ich počet zvýši, začnú sa spájať do súvislých kanálových ciest.

V tomto stave sa ióny môžu pohybovať rýchlejšie voči svojmu okoliu, čo výrazne zlepšuje vodivosť materiálu. 

Mohlo by vás zaujímať

Beh

4. marca 2022

COROS VERTIX 2. Prvé hodinky so satelitným navigačným systémom s dvojitou frekvenciou.

10 miliárd násobne rýchlejšie

Výsledky sú pôsobivé. Takýto polymérový materiál môže dosiahnuť superiónový stav, v ktorom sa ióny pohybujú až 10 miliárd násobne rýchlejšie než ich okolie – a to aj bez tekutiny a keramiky. 

Hoci pevnolátkové batérie by mali z toho objavu benefitovať ako prvé, mnohé energetické technológie taktiež závisia od efektívnej iónovej prepravy. Prúdové batérie, palivové články, skladovanie energie na úrovni elektrickej siete a mnohé ďalšie aplikácie by mohli výrazne vylepšiť svoju efektivitu. 

„Je ťažké predpovedať všetky technológie, ktoré by mohli ťažiť z tohto objavu,“ uzavrel Tomonori Saito z Oak Ridge. „Čokoľvek, čo potrebuje nepriepustnú bariéru, ale zároveň voľný pohyb iónov, môže tento objav využiť.“

Text: Zázračná planéta

Foto: Andy Sproles/ORNL/Ministerstvo energetiky USA