Proč je elektrolyt klíčem k hustotě energie?
Konvenční lithiové baterie používají jako elektrolyt směs lithiových solí a karbonátových esterových rozpouštědel. Lithiové ionty se v nich váží prostřednictvím kyslíkových atomů, čímž vzniká koordinační vazba lithium–kyslík. Tento mechanismus funguje spolehlivě, má ale zásadní omezení: karbonátová rozpouštědla mají nízkou smáčivost elektrod, vyžadují poměrně velké objemy a jejich silná interakce s lithiovými ionty zpomaluje přenos náboje – zejména při nízkých teplotách.
Právě proto se tým vedený profesorem Zhao Qingem z Chemické fakulty Nankai University, akademikem Chen Junem, výkonným prorektorem Nankai University a členem Čínské akademie věd, a výzkumníkem Li Yongem ze Šanghajského ústavu kosmických zdrojů energie rozhodl přepsat základní pravidlo elektrolytické chemie. Místo kyslíku zvolili fluor.
Fluorovaný elektrolyt: jak funguje nové řešení
Výzkumníci navrhli a syntetizovali sérii nových molekul fluorovaných uhlovodíkových rozpouštědel. Klíčovou látkou je například 1,3-difluorpropan (DFP), který vykazuje nízkou viskozitu (0,95 cp), vysokou oxidační stabilitu (nad 4,9 V) a iontovou vodivost 0,29 mS/cm² dokonce při −70 °C, jak uvádí studie publikovaná v Nature.
Klíčová změna spočívá v náhradě koordinační vazby lithium–kyslík vazbou lithium–fluor. Fluor sice patří k nejsilnějším elektronegativním prvkům, avšak pokud vědci přesně regulují elektronovou hustotu jeho atomů a prostorové uspořádání molekul rozpouštědla, vznikne koordinační vazba, která je dostatečně silná k tomu, aby rozpustila lithiové soli, ale zároveň dostatečně slabá, aby lithiové ionty volně putovaly i při extrémním mrazu.
Výsledkem je elektrolyt s výrazně vyšší smáčivostí elektrod a efektivitou využití – potřebné množství elektrolytu je tak výrazně nižší než u klasických soustav. Méně elektrolytu znamená méně hmotnosti bez aktivního materiálu, a tím pádem vyšší celková hustota energie.
Co říkají čísla: 700 Wh/kg v kontextu
Aby byl výsledek pochopitelný bez vyrábění dojmu, je nezbytné zarámovat čísla do kontextu. Jak uvádí server Car News China, baterie Qilin od CATL – jedna z komerčně nejpokročilejších ternárních lithiových baterií – dosahuje hustoty energie 250–255 Wh/kg na systémové úrovni. Tato hodnota je dnes považována za praktický strop komerční lithiové technologie.
Tuhé (Solid-state) baterie, které jsou v centru pozornosti celého odvětví a jejichž sériová výroba se v Číně rozjíždí v průběhu roku 2026, zatím nepřekračují hranici 400 Wh/kg. Přitom právě tuto hodnotu nový fluorovaný elektrolyt zachovává ještě při teplotě −50 °C – tedy v podmínkách, kde dnešní komerční baterie výrazně ztrácejí na výkonu.
Výzkumný tým z Nankai University přitom není jen u laboratorních výsledků. Jak uvádí People's Daily, tým Chen Juna na začátku února 2026 spolupracoval s automobilkou Hongqi na představení systému lithium-manganové tuhostátně-kapalné baterie s hustotou energie přes 500 Wh/kg na úrovni článku, která má umožnit dojezd vozidla přes 1 000 km na jedno nabití. Tentýž tým tedy ve stejném období pracuje paralelně na více frontách.
Lithiová kovová baterie: výhoda i výzva
Je důležité zmínit, že výsledek 700 Wh/kg se týká lithiové kovové baterie, nikoli klasické lithium-iontové. Klíčový rozdíl: zatímco lithium-iontové baterie ukládají lithium v grafitové anodě, lithiové kovové baterie využívají přímo kovové lithium jako anodu, jehož teoretická hustota energie je výrazně vyšší.
Problém kovového lithia je v jeho reaktivitě. Tvorba dendritů – mikrovýrůstků lithia vznikajících při opakovaném nabíjení – může způsobit zkrat a v krajním případě požár. To je jeden z důvodů, proč komerční baterie s kovovým lithiem zatím nejsou rozšířeny. Nový fluorovaný elektrolyt však může pomoci i v této oblasti, protože odlišná koordinační chemie ovlivňuje charakter rozhraní elektroda–elektrolyt a potenciálně zlepšuje stabilitu cyklování.
Cesta z laboratoře do výroby
Profesor Chen Jun v rozhovoru pro People's Daily zdůraznil: „Přeměna vědeckých průlomů v praktické technologie vyžaduje úzkou spolupráci výzkumníků s průmyslem. Naším cílem je řešit reálné průmyslové problémy."
To je klíčová věta. Výsledek 700 Wh/kg je laboratorní měření na úrovni článku baterie, nikoli hotový produkt. Cesta od článku k funkčnímu modulu a pak k sériovému výrobku zahrnuje problémy se škálováním výroby, cyklickou stabilitou, bezpečností, výrobními náklady a dostupností materiálů. Server Interesting Engineering proto správně uvádí, že jde o „laboratorní výsledek, nikoli o okamžitě komerční produkt".
Přesto je signifikance výsledku zřejmá: ukázalo se, že změna elektrolytového systému – tedy části baterie, která není elektrodou – může hustotu energie zvýšit na úroveň, které ještě nedosahují tuhostátní baterie ani v laboratoři. A fluorovaná uhlovodíková rozpouštědla jsou z hlediska kompatibility s existujícími výrobními linkami slibnějším přístupem než radikální přechod na tuhostátní keramické elektrolyty.
Aplikace přesahují svět elektromobilů
Tým Nankai University cílí s novým elektrolytem zdaleka nejen na elektromobily. Akademik Chen Jun jmenoval jako perspektivní oblasti také robotiku s fyzickým tělem (embodied AI), nízkoobjemové letectvo (drony, létající taxíky), polární a arktické operace a kosmonautiku. To jsou přesně sektory, kde jsou hmotnost a teplotní odolnost baterie kritickými parametry a kde cena za kilowatthodinu hraje menší roli než v masovém automobilovém trhu.
Jaký je rozdíl mezi hustotou energie 700 Wh/kg na úrovni článku a hustotou na systémové úrovni?
Hustota energie 700 Wh/kg se vztahuje k samotnému článku baterie – tedy k základní elektrochemické buňce bez řídicí elektroniky, chlazení, strukturálního pouzdra a ostatních komponent. Reálný bateriový paket v elektromobilu zahrnuje všechny tyto prvky, které přidávají hmotnost, ale neukládají energii. Proto se systémová hustota energie vždy pohybuje výrazně níže než hustota samotného článku – obvykle o 30–50 %. Například baterie Qilin od CATL má hustotu článku přes 300 Wh/kg, ale systémová hodnota celého paketu činí 250–255 Wh/kg. I při tomto přepočtu by ale baterie s článkem na 700 Wh/kg znamenala dramatický posun oproti dnešnímu stavu.
Kdy by se tato technologie mohla dostat do sériových elektromobilů?
Nelze uvést konkrétní termín. Přechod od laboratorního výsledku k sériovému automobilovému produktu typicky trvá minimálně pět až deset let a v průběhu tohoto procesu řada technologií naráží na překážky v oblasti škálování výroby, cyklické životnosti, bezpečnosti nebo nákladů na materiál. Výhodou fluorovaného elektrolytu oproti tuhostátním bateriím je potenciálně vyšší kompatibilita s existujícími výrobními linkami, protože elektrolyt zůstává kapalný. To může zkrátit cestu do praxe. Výzkumný tým Nankai University nicméně pracuje i na propojení s průmyslovými partnery, jak dokládá spolupráce s automobilkou Hongqi na komerčně zaměřeném projektu.
Jaké jsou hlavní bezpečnostní rizika baterií s kovovým lithiem?
Kovové lithium je jako anodový materiál velmi reaktivní. Při opakovaném nabíjení a vybíjení může docházet k tvorbě dendritů – tenkých jehličkovitých výrůstků lithia, které prorůstají elektrolytem a mohou způsobit vnitřní zkrat, přehřátí nebo v krajním případě tepelný únik (thermal runaway) vedoucí k požáru. Právě proto zatím žádná masově vyráběná trakční baterie pro osobní automobily nepoužívá kovové lithium jako anodu. Nový fluorovaný elektrolyt mění chemii rozhraní elektroda–elektrolyt, což může stabilitu zlepšit, avšak bezpečnostní validace v reálných cyklech při komerčním využití teprve čeká na ověření.
