Akumulátor s pevným elektrolytem (solid-state)

Akumulátor s pevným elektrolytem je druh dobíjecího článku, v němž je kapalný elektrolyt známý z běžných lithium-iontových baterií nahrazen pevnou látkou. Elektrolyt je prostředí, jímž se mezi oběma elektrodami při nabíjení a vybíjení pohybují lithiové ionty, a v dnešních článcích jde o hořlavou kapalinu či gel. Jeho výměna za pevný materiál, ať už za keramiku, sklo nebo speciální polymer, je obecně považována za jednu z nejslibnějších cest k další generaci baterií pro elektromobily a otevírá vyhlídku na větší dojezd, rychlejší nabíjení i vyšší bezpečnost díky jediné změně architektury.

Kouzlo pevného elektrolytu spočívá zčásti v tom, co sám umí, a zčásti v tom, co teprve umožní. Pevný elektrolyt nehoří, nemůže vytéct a snáší podstatně vyšší teploty, což odstraňuje nejnebezpečnější selhání lithium-iontových článků, takzvaný tepelný útěk, a snižuje nároky na rozměrné chlazení a ochranné prvky. Dostatečně pevný elektrolyt navíc dokáže fungovat jako bariéra proti kovovým výrůstkům, dendritům, které v článcích rostou a způsobují zkraty. Právě tato bariéra by konečně mohla dovolit použít místo dnešního grafitu čistě lithium-kovovou anodu, což do stejného prostoru ukládá mnohem více energie.

Vyšší hustota energie je hlavní příslib. Článek s lithium-kovovou anodou za pevným elektrolytem by při daném objemu a hmotnosti uložil podstatně víc energie, což znamená elektromobily s delším dojezdem, nebo naopak stejný dojezd z menšího, lehčího a levnějšího bateriového paketu. Pevné elektrolyty navíc v principu snášejí vysoké proudy velmi rychlého nabíjení lépe než kapalné, takže se otevírá vyhlídka na nabíjení v jednotkách minut namísto desítek minut, a vyšší bezpečnostní rezerva dovoluje konstruktérům skládat články těsněji k sobě.

Těžkosti začínají ve chvíli, kdy je tyto sliby třeba převést do milionové sériové výroby. Vytvořit pevný elektrolyt, který vede lithiové ionty stejně ochotně jako kapalina a přitom udrží dokonalý kontakt s elektrodami, jež se s každým cyklem zvětšují a smršťují, se ukazuje jako nesmírně obtížné. Spolehlivě uchovat toto těsné rozhraní po tisíce cyklů, důsledně potlačit dendrity a navíc to vše zvládnout v ceně a v měřítku vhodném pro dostupné automobily představuje obrovskou výrobní výzvu. Technologie proto zůstává převážně před uvedením do sériové výroby, je předmětem intenzivního výzkumu a pilotních linek, ale ne masově prodávaných aut, a termíny zavedení se opakovaně posouvají.

Akumulátor s pevným elektrolytem je nejlépe chápat jako budoucího nástupce dnešní lithium-iontové baterie pohánějící elektromobily, včetně rozšířených chemií NMC a LFP. Ty popisují materiály elektrod, zatímco označení solid-state se vztahuje na elektrolyt mezi nimi. Hlavním důvodem, proč technologie přitahuje tolik pozornosti, je její potenciál posunout kapacitu baterií výrazně za hranice toho, co současné chemie dovolují.