Zahlavi

Čeští vědci vynalezli elektrolyt, který řeší současné problémy baterií

05. 05. 2025

O krok blíže jednodušší výrobě baterií, které navíc mají větší stabilitu a delší životnost, se posunuli vědci z Fyzikálního ústavu AV ČR. V odborném periodiku Journal of Materials Chemistry A představili novou polopevnou látku pro baterie, která by mohla změnit budoucnost ukládání energie. Suspenzní elektrolyt s částečkami soli zlepšuje výkon a životnost dvouiontových baterií.

Baterii, zjednodušeně řečeno, tvoří galvanický článek, zdroj elektrického napětí, a elektrolyt, tedy kapalný nebo tuhý roztok, který vede elektrický proud. Na rozdíl od tradičních elektrolytů, které se v roztoku zcela rozpouštějí, obsahuje inovativní elektrolyt týmu českých fyziků suspendované částice soli. Ty se nikdy zcela nerozpustí, zůstávají v blízkosti povrchu elektrody a přirozeně vytvářejí vysoce koncentrovanou vrstvu aniontů, která udržuje chemickou rovnováhu baterie během nabíjení a vybíjení. Tím se snižují nežádoucí vedlejší účinky a baterie vydrží déle a lépe funguje.

„Nová technologie elektrolytu je mimořádně zajímavá pro bateriový průmysl. Lze ji začlenit do dvouiontových bateriových systémů, které využívají levnější a dostupné materiály. Náš objev posouvá dvouiontové baterie blíže k praktickým aplikacím v reálném světě,“ říká Jiří Červenka, vedoucí skupiny Materiály a systémy v nanoměřítku ve Fyzikálním ústavu AV ČR.

Dvouiontové baterie na rozdíl od běžných jednoiontových lithium iontových baterií využívají pro ukládání energie dva různé ionty z elektrolytu. To principiálně umožňuje dosažení vyššího napětí a energetické hustoty.

Své řešení jednoho z klíčových omezení dvouiontových baterií – rychlého vyčerpání aktivních iontů na rozhraní elektrod – vědci nazvali elektrolyt se suspendovanými částicemi soli (SPSE). Udržováním dostupnosti iontů přesně tam, kde jsou potřeba, minimalizuje SPSE koncentrační polarizaci a zvyšuje účinnost.

Stabilní na vzduchu, škálovatelný a kompatibilní s běžnými materiály

Elektrolyt je díky své stabilitě na vzduchu, tekutosti a snadné manipulaci i po delším skladování vhodný pro výrobu a rozsáhlé aplikace. Přestože je pro jeho optimální funkčnost nutné stopové množství vody, neohrožuje stabilitu.

Při laboratorních testech prokázal nový elektrolyt stabilní výkon a kompatibilitu s běžně používanými materiály baterií, jako je zinek a grafit. Tyto vlastnosti ukazují na potenciál pro levné, škálovatelné bateriové systémy použitelné pro elektromobily, skladování energie z obnovitelných zdrojů a osobní elektroniku.

Publikace:
https://doi.org/10.1039/D5TA00256G

Kontakt:
Ing. Jiří Červenka, Ph.D.
Fyzikální ústav AV ČR
cervenka@fzu.cz
+420 776 033 499

TZ ke stažení

Schematický obrázek dvouiontové baterie skládající se (zdola): z katody z expandovaného grafitu, elektrolytu se suspendovanými částicemi soli (SPSE), separátoru, elektrolytu se suspendovanými částicemi soli (SPSE)   a zinkové anody.  Expandovaný grafit je materiál s větší vzdáleností krystalografických rovin než běžný grafit, čímž umožňuje snadnější transport iontů. Separátor je porézní membrána, která od sebe odděluje katodu a anodu.

Schematický obrázek dvouiontové baterie skládající se (zdola): z katody z expandovaného grafitu, elektrolytu se suspendovanými částicemi soli (SPSE), separátoru, elektrolytu se suspendovanými částicemi soli (SPSE) a zinkové anody. Expandovaný grafit je materiál s větší vzdáleností krystalografických rovin než běžný grafit, čímž umožňuje snadnější transport iontů. Separátor je porézní membrána, která od sebe odděluje katodu a anodu.

Zdroj: FZÚ
Schematický obrázek dvouiontové baterie

Schematický obrázek dvouiontové baterie

Zdroj: FZÚ
Fotografie zobrazující řez baterie založené na SPSE elektrolytu v polotuhém stavu.

Fotografie zobrazující řez baterie založené na SPSE elektrolytu v polotuhém stavu.

Zdroj: FZÚ

Chemické vědy

Vědecká pracoviště

Chemický výzkum navazuje na tradici vytvořenou významnými českými chemiky jako Rudolfem Brdičkou, Jaroslavem Heyrovským, Františkem Šormem či Ottou Wichterlem. V teoretické i experimentální fyzikální chemii je výzkum orientován na vybrané úseky chemické fyziky, elektrochemie a katalýzy. Anorganický výzkum je zaměřen na přípravu a charakterizaci nových sloučenin a materiálů. Výzkum v oblasti organické chemie a biochemie se soustřeďuje zejména na medicínu a biologii s cílem vytvořit nová potenciální léčiva a dále do ekologie. V oblasti makromolekulární chemie jde o přípravu a charakterizaci nových polymerů a polymerních materiálů, které lze využít v technice, v biomedicíně a ve výrobních, zejména separačních, technologiích. Analytická chemie rozvíjí separační analytické techniky, zejména kapilární mikrometod, a dále se zaměřuje na metody spektrální. Chemicko-inženýrský výzkum je orientován na vícefázové systémy, homo- a heterogenní katalýzu, termodynamiku a moderní separační metody. Sekce zahrnuje 6 ústavů s přibližně 1270 zaměstnanci, z nichž je asi 540 vědeckých pracovníků s vysokoškolským vzděláním.

Všechny výzkumné sekce