Nowe spojrzenie na baterie solid-state – badania z Florida State University
Baterie solid-state (baterie z elektrolitem stałym) od lat uchodzą za przyszłość magazynowania energii – oferują wyższą gęstość energetyczną, większe bezpieczeństwo i potencjalnie dłuższą żywotność niż tradycyjne baterie litowo-jonowe. Jednak ich masowe wdrożenie wciąż napotyka na poważne przeszkody technologiczne. Jedną z nich jest powstawanie dendrytów – mikroskopijnych struktur litowych, które mogą prowadzić do zwarć i awarii ogniw.

Widok objętościowy elektrolitu baterii w stanie stałym uwypukla, w jaki sposób tworzą się dendryty (pokazane na niebiesko) i mogą zwierać zaciski baterii. Obraz wykorzystany dzięki uprzejmości Florida State University. Źródło: All About Circuits
Diagnostyka ogniw – badania z Florida State University
Zespół naukowców z Florida State University (FSU) wykorzystał innowacyjne techniki obrazowania – 21-teslowy magnes MRI oraz sondę NMR – aby zbadać mikroskopijne procesy wewnątrz baterii solid-state. Dzięki temu udało się zajrzeć głębiej niż kiedykolwiek wcześniej w strukturę ogniw z elektrolitem stałym.
– Nasze dane rzucają nowe światło na mikrodynamikę baterii solid-state – komentuje prof. Yan-Yan Hu, główna autorka badania (Nature Materials, marzec 2024).
Czym są dendryty i dlaczego są groźne?
Dendryty litowe to cienkie, igłowate struktury, które mogą przenikać przez elektrolit stały w trakcie cykli ładowania. Ich wzrost prowadzi do:
- zwarć wewnętrznych,
- spadku pojemności baterii,
- potencjalnych awarii termicznych.
Co więcej, najnowsze odkrycia pokazują, że dendryty nie formują się wyłącznie na powierzchni elektrod, ale również w głębi elektrolitu stałego – co czyni je jeszcze trudniejszymi do wykrycia i neutralizacji.
Kluczowe wnioski z badania FSU
Nowa metodologia pomiarowa pozwoliła badaczom ustalić:
- Dendryty formują się również wewnątrz struktury elektrolitu, a nie tylko na granicach faz.
- Ich obecność wpływa na mikrodynamikę jonów litu i może prowadzić do lokalnych przegrzań.
- Nowe techniki diagnostyczne mogą pomóc przewidywać zachowanie baterii na etapie projektowania.
To pierwszy raz, kiedy udało się zaobserwować takie zjawiska na żywo – bez rozcinania ogniwa.
Zrozumienie dokładnych mechanizmów powstawania dendrytów może radykalnie zmienić sposób, w jaki projektujemy i testujemy baterie solid-state. Potencjalne korzyści to:
- Zwiększenie bezpieczeństwa baterii w samochodach elektrycznych.
- Wydłużenie ich żywotności poprzez eliminację źródeł zwarć.
- Lepsze prognozowanie awarii już na etapie laboratoryjnym.
Co to oznacza dla elektromobilności i energetyki odnawialnej?
Rozwiązanie problemu dendrytów może otworzyć drogę do masowej produkcji baterii solid-state w takich zastosowaniach jak:
- samochody elektryczne nowej generacji,
- magazyny energii dla OZE,
- przenośna elektronika o przedłużonej pracy.
Według prognoz BloombergNEF, do 2030 roku nawet 40% pojazdów elektrycznych może być zasilanych bateriami solid-state.
Źródło: informacje prasowe