Baterie lithium-kov mají elektrodu přímo z lithia, nikoliv z lithia na uhlíku. Proto nabízejí vyšší hustotu energie, ovšem na úkor nízké stability (riziko vznícení, výbuchu, zkraty…), která je důsledkem reaktivity prvku. Elektrodu z čistého lithia je vzhledem k okamžité korozi problém vůbec vytvořit. V li-ion baterii bývají ionty lithia uzavřeny/chráněny v uhlíkových klecových strukturách.
Studie vědců z Kalifornské univerzity v Los Angeles ale nyní uvádí, že určitý postup přece jen dává šance na úspěch a lithium se při něm uspořádává do relativně stabilních dvanáctistěnů s kosočtverečnou stěnou (viz obrázek). Příslušný objem pak obsahuje 10krát tolik lithia než u elektrody li-ion v současné baterii.
Pří výrobě lithiové elektrody mají být klíčové dvě věci. Za prvé zabránit okamžité korozi, za druhé pak vzniku různých neuspořádaných, překřížených tvarů způsobujících zkrat. V posledních letech dokážeme připravovat různé definované nano/mikrostruktury (kuličky, drátky, ba i šroubovice nebo hranoly) ze zlata, stříbra nebo platiny. U lithia je to kvůli jeho reaktivitě samozřejmě obtížnější. „Výzkumníci vyvinuli novou techniku pro ukládání lithia rychleji, než probíhá koroze. Elektrický proud proto nechali procházet mnohem menší elektrodou, aby elektrochemická reakce probíhala rychleji (podobně jako když se částečně zablokuje tryska zahradní hadice, voda vystříkne silněji),“ uvádí průvodní tisková zpráva.
Současně ale bylo třeba dosáhnout toho, aby reakce neprobíhala příliš rychle, to by se zase tvořily nepravidelné struktury. Tento problém se nakonec vyřešil úpravou tvaru malé elektrody. Výsledkem pak byly dvanáctistěny s velikostí v miliontinách metru (tedy řádově jako bakterie). Tvar se podařilo určit pomocí kryoelektronové mikroskopie. Tato metoda se dosud používá hlavně v biologii, stále se však rozšiřuje i její role v materiálových vědách.
Yuzhang Li, Ultrafast deposition of faceted Li polyhedra by outpacing SEI formation, Nature (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-06235-w. www.nature.com/articles/s41586-023-06235-w
Zdroj: University of California, Los Angeles / Phys.org