Akumulatory o wysokiej wydajności odgrywają kluczową rolę w przyszłości samochodów elektrycznych. Producenci już małymi krokami zwiększają pojemność akumulatorów. Jednak badacze akumulatorów spodziewają się prawdziwego przełomu dopiero dzięki nowej generacji akumulatorów litowo-jonowych. W tym celu nie chcą używać ciekłego elektrolitu między biegunami akumulatora, ale raczej elektrolit stały. Baterie te nie są jednak obecnie na tyle stabilne, aby zasilać samochód elektryczny przez kilka lat. Naukowcy proponują teraz rozwiązanie tego problemu w czasopiśmie Nature. Naukowcy opracowali stały elektrolit składający się z kilku warstw, który zapobiega niebezpiecznym zwarciom, a tym samym znacznie zwiększa żywotność akumulatora.

„Solidna bateria litowa jest uważana za świętego Graala badań nad bateriami ze względu na jej dużą pojemność magazynowania i gęstość energii” – mówi Xin Li z Uniwersytetu Harvarda w Cambridge. Ponadto czas ładowania tych akumulatorów można skrócić z kilku godzin do 10–20 minut. Mimo że prototypy tak wydajnych systemów magazynowania energii stosunkowo dobrze sprawdzają się w laboratorium przez krótki czas, atomy litu często gromadzą się na anodzie już po kilkudziesięciu cyklach ładowania. Powoduje to powstawanie ostrych końcówek – zwanych dendrytami – które mogą przebić elektrolit i spowodować zwarcie. Aby rozwiązać ten problem, Xin Li i jego kolega Luhan Ye przyjęli nietypowe podejście.

Obaj badacze nie chcieli zapobiegać wzrostowi samych dendrytów, ale raczej lepiej go kontrolować. Osiągnęli to za pomocą wielowarstwowego stałego elektrolitu umieszczonego pomiędzy dwoma biegunami akumulatora. Pierwsza warstwa została wykonana z materiału zawierającego lit. Nawet jeśli pozostaje stabilny w kontakcie z anodą litową, może przedostać się przez dendryty. Dlatego naukowcy dodali drugą warstwę materiału składającego się z litu, germanu, fosforu i siarki. Warstwa ta służyła jako swego rodzaju bariera ochronna i blokowała dalszy rozwój żądeł. „Dzięki naszej warstwowej konstrukcji byliśmy w stanie kierować i kontrolować wzrost dendrytów” – mówi Ye.

W oparciu o tę koncepcję badacze stworzyli kilka prototypów i przeprowadzili liczne serie testów. Akumulatory można było nie tylko szybko naładować, ale także pozostawały stabilne nawet po kilku tysiącach cykli ładowania. Pojemność magazynowa spadła jedynie o prawie 20 procent. Mimo że akumulatory są bardziej stabilne, nadal nie przechowują dużo więcej energii niż standardowe akumulatory litowo-jonowe. Jednak – obaj eksperci są przekonani – dzięki zoptymalizowanym materiałom i procesom produkcyjnym w przyszłości można osiągnąć znacznie większe pojemności magazynowe.