Pri nabíjaní a vybíjaní Li-iónovej batérie batérie s anódou na báze kremíka a grafitu a s kvapalným elektrolytom sa na zápornej elektróde (anóde) vytvára tenká pasivačná vrstva, v odbornej literatúre nazývaná “vrstva na rozhraní pevnej elektródy a elektrolytu” (solid-electrolyte-interface layer, SEI layer). Táto vrstva vzniká ako výsledok rozkladu elektrolytu a skladá sa z uhličitanu lítia (LiCO3), fluoridu lítia (LiF) a z ďalších organokovových zlúčenín vznikajúcich pri rozklade elektrolytu.
Vrstva SEI je veľmi tenká, rádovo niekoľko nanometrov. Stabilizuje povrch anódy a zabezpečuje transport Li iónov, blokuje prenos elektrónov a umožňuje priebeh elektrochemických reakcií, potrebných pre prevádzku batérie. Na druhej strane sa však ukazuje, že najmä pri rýchlom nabíjaní a vybíjaní táto vrstva predstavuje pre ióny lítia prekážku. Ióny sa nedokážu dostatočne rýchlo dostať do objemu a späť z objemu anódy, v dôsledku čoho kapacita batérie klesá.
V súčasnosti sa pozorovalo zníženie kapacity Li iónovej batérie s anódou kremík/grafit pri rýchlom nabíjaní a vybíjaní.
Nové riešenie zo SAV
Tímu pôvodcov z Centra pre využitie pokročilých materiálov SAV, v. v. i., (Ing. Karol Fröhlich, DrSc., Dr. Prangya P. Sahoo a Dr. Ahmed Nada), Elektrotechnického ústavu SAV, v. v. i., (Ing. Boris Hudec, PhD.) a Ústavu anorganickej chémie SAV, v. v. i., (Ms. Alper Güneren) sa podarilo uvedené nedostatky v podstatnej miere odstrániť modifikovaním povrchu anódy Li-iónovej batérie tenkou vrstvičkou oxidu zinku (ZnO) nanesenou po atómárnych vrstvách. ZnO vrstvička eliminuje vznik pasivačnej vrstvy na rozhraní anódy a kvapalného elektrolytu a niekoľkonásobne zvyšuje kapacitu batérie pri rýchlom nabíjaní a vybíjaní. Anóda na báze kremíka a grafitu je pokrytá veľmi tenkou vrstvou ZnO, ktorej vrstva má hrúbku 0,5 – 5 nm.
Novosť predkladanej technológie spočíva v možnosti rýchleho nabíjania a vybíjania Li-iónovej batérie s anódou kremíka/grafitu pokrytou vrstvou ZnO bez významného zníženia kapacity batérie.
Výhodou novej inovatívnej technológie je možnosť zvýšenia kapacity Li-iónovej batérie s anódou kremíka/grafitu pokrytou vrstvou ZnO pri rýchlom nabíjaní a vybíjaní.
Hľadá sa partner
Novú inovatívnu technológiu v oblasti výroby záporných elektród – anód pre nabíjateľné Li-iónové batérie možno využiť predovšetkým v automobilovom priemysle. Li-iónová batéria s anódou kremík/grafit pokrytou vrstvou ZnO sa môže využiť pre automobiloch na elektrický pohon.
Na predstavenú novú inovatívnu technológiu je podaná národná (slovenská) patentová prihláška PP 50005-2023.
SAV hľadá priemyselných partnerov pre licencovanie/predaj daného riešenia.
Zdroj: https://www.sav.sk, zverejnené: 17. 7. 2023, autor: rpa
