Výskumníci z Čínskej univerzity vedy a techniky oznámili prelomový objav, ktorý rieši ústrednú prekážku praktického nasadenia plne lítiových batérií v pevnom skupenstve a to, ich závislosť od extrémne vysokého vonkajšieho tlaku počas prevádzky. Zistenia, publikované 8. januára 2026 v časopise Nature Communications , opisujú nový pevný elektrolyt, ktorý umožňuje stabilné cyklovanie batérií pri podstatne nižšom tlaku, ako sa doteraz uvádzalo.

Lítiové batérie s elektrolytom v pevnom skupenstve sú široko skúmané pre ich potenciál kombinovať vyššiu energetickú hustotu so zvýšenou bezpečnosťou v porovnaní s konvenčnými kvapalnými lítium-iónovými batériami. Keďže však elektrolyt aj elektródy sú pevné, predchádzajúci výskum ukázal, že udržanie primeraného medzifázového kontaktu medzi pevnými zložkami (elektrolytu a elektród) si zvyčajne vyžaduje vonkajší tlak desiatok až stoviek MPa (MegaPascalov). Takéto úrovne tlaku je v praktických batériových systémoch ťažké dosiahnuť, čo obmedzilo túto technológiu do značnej miery na laboratórne prostredie.

Výskumný tím pod vedením profesora Ma Chenga vyvinul nový anorganický tuhý elektrolyt zložený z lítia, zirkónia, hliníka, chlóru a kyslíka, chemicky opísaný vzorcom:  1,4Li2O-0,75ZrCl4-0,25AlCl3. V porovnaní s bežnými anorganickými tuhými elektrolytmi vrátane materiálov na báze sulfidov vykazuje nový elektrolyt podstatne nižšiu mechanickú tuhosť. Jeho Youngov modul je údajne menší ako 25 % porovnateľných materiálov, zatiaľ čo jeho tvrdosť je nižšia ako 10 %, čo mu umožňuje ľahšiu deformáciu pod pôsobením tlaku.

Napriek tejto mechanickej poddajnosti zostáva elektrolyt vo forme anorganického prášku, a nie ako gél. To umožňuje kompatibilitu s priemyselnými procesmi, ako je valcovanie  a vysokotlakové zhutňovanie, čím sa zabraňuje nadmernému toku materiálu počas spracovania. Výskumný tím pomocou metódy suchej výroby vhodnej pre výrobu vo veľkom meradle zostavil malé vreckové batériové články z pevného skupenstva, ktoré obsahujú ternárne katódy s ultravysokým obsahom niklu a lítium-kovové anódy.

Elektrochemické testovanie ukázalo, že elektrolyt dosahuje pri izbovej teplote iónovú vodivosť nad 2 miliSiemens na centimeter, čo prevyšuje úroveň všeobecne považovanú za potrebnú pre praktickú prevádzku batérie. Tieto kombinované vlastnosti umožnili plne tuhým batériám stabilne cyklovať pod vonkajším tlakom 5 MPa, čo predstavuje výrazné zníženie oproti predtým uvádzaným požiadavkám na tlak, pričom si zachovali stabilný výkon počas niekoľkých stoviek cyklov nabíjania a vybíjania.

Štúdia sa zaoberala aj nákladmi na materiál. Na rozdiel od sulfidových pevných elektrolytov, ktoré sa spoliehajú na vysoko čistý sulfid lítia, nový elektrolyt používa ako základnú surovinu chlorid zirkoničitý. Výskumníci odhadujú náklady na materiál na približne 43,70 USD za liter, čo je menej ako 5 % nákladov na bežné sulfidové pevné elektrolyty.

Podľa komentárov z partnerského hodnotenia, ktoré citovali autori, sa očakáva, že hlásený prielom bude dôležitým príspevkom k výskumu batérií s elektrolytom v pevnom skupenstve a môže pomôcť preklenúť vývoj v laboratórnom meradle a rozsiahle praktické využitie. Čínsky výskum kombinuje nízkotlakovú prevádzku, nákladovú efektívnosť a stabilný prevádzkový cyklus batérii.

Zdroj: carnewschina