Nowe podejście do baterii stałostanowych
Baterie są fundamentem współczesnej technologii – zasilają telefony, pojazdy elektryczne i wiele urządzeń codziennego użytku. Jednak tradycyjne rozwiązania, takie jak akumulatory litowo-jonowe, wciąż mają istotne wady: wysokie koszty oraz ryzyko pożaru czy eksplozji. Baterie stałostanowe od lat postrzegane są jako bezpieczniejsza alternatywa, ale ich rozwój hamowały trudności w połączeniu bezpieczeństwa, wydajności i opłacalności.
Odkrycie zespołu naukowców z Korei Południowej
Przełom ogłosił 7 stycznia 2026 roku zespół badawczy z Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) pod kierownictwem prof. Dong-Hwa Seo. Współpracowali z nimi naukowcy z Seoul National University, Yonsei University oraz Dongguk University. Nowa metoda pozwala na znaczącą poprawę wydajności baterii stałostanowych poprzez inteligentne projektowanie struktury materiałów, bez konieczności stosowania drogich metali.
Dlaczego elektrolity stałe są wyzwaniem?
Tradycyjne akumulatory litowo-jonowe bazują na ciekłym elektrolicie, który umożliwia szybki ruch jonów litu między elektrodami. Ogniwa stałostanowe zastępują ciecz ciałem stałym, co poprawia bezpieczeństwo, ale spowalnia transport jonów. Dotychczasowe próby przyspieszenia tego procesu wymagały kosztownych metali lub skomplikowanych technologii produkcji.
Regulacja struktury krystalicznej jako klucz do sukcesu
Badacze skupili się na usprawnieniu ruchu jonów litu przez zastosowanie tzw. „anionów dwuwartościowych” (np. tlenu i siarki) w strukturze elektrolitu na bazie taniego cyrkonu (Zr). Wprowadzając te pierwiastki, udało się precyzyjnie zmodyfikować wewnętrzną budowę materiału, zwiększając dostępność ścieżek dla jonów i obniżając energię potrzebną do ich przemieszczenia. Ta strategia, określana jako „mechanizm regulacji szkieletu” (Framework Regulation Mechanism), umożliwiła kilkukrotne zwiększenie wydajności ogniw.
Potwierdzenie efektów zaawansowanymi metodami analizy
Do weryfikacji zmian strukturalnych wykorzystano szereg zaawansowanych technik, takich jak:
- dyfrakcja rentgenowska synchrotronu (Synchrotron XRD),
- analiza funkcji rozkładu par (PDF),
- spektroskopia absorpcyjna rentgenowska (XAS),
- modelowanie struktury elektronowej i dyfuzji z użyciem teorii funkcjonału gęstości (DFT).
Pozwoliło to szczegółowo zbadać zmiany w strukturze krystalicznej i ich wpływ na ruchliwość jonów litu.
Wyniki: tanie materiały, czterokrotnie lepsza wydajność
Testy laboratoryjne wykazały, iż domieszkowanie elektrolitu tlenem lub siarką zwiększyło ruchliwość jonów litu od dwóch do czterech razy w porównaniu z konwencjonalnymi elektrolitami cyrkonowymi. Przykładowo, elektrolit z dodatkiem tlenu osiągnął przewodnictwo jonowe ok. 1,78 mS/cm, a z siarką – ok. 1,01 mS/cm. Przewodnictwo powyżej 1 mS/cm uznaje się za wystarczające do praktycznych zastosowań w temperaturze pokojowej.
Nowy kierunek w innowacjach baterii
„Poprzez nasze badania przedstawiliśmy zasadę projektowania, która pozwala jednocześnie poprawić koszt i wydajność ogniw stałostanowych przy użyciu tanich surowców. Potencjał zastosowania przemysłowego jest bardzo wysoki.” – prof. Dong-Hwa Seo
Badanie podkreśla zmianę kierunku badań nad bateriami – od poszukiwania nowych materiałów ku projektowaniu lepszych struktur. – Jae-Seung Kim
Publikacja i finansowanie badań
Wyniki zostały opublikowane 27 listopada 2025 r. w czasopiśmie Nature Communications. Prace finansowały m.in. Samsung Electronics Future Technology Promotion Center, National Research Foundation of Korea oraz National Supercomputing Center.
Źródło: ScienceDaily
