Kam směřuje vývoj baterií? Nové materiály, recyklace i odklon od lithia



Napsal: 20/03/2018 0 comments 1202 shlédnutí

Člověk stále nepřekonal přírodu s jejím geniálním vynálezem uložení energie do uhlíkových vazeb ropy, uhlí nebo dřeva. Při používání přenosných elektronických zařízení od notebooků a telefonů přes drony až po umělá srdce tak zůstává odkázaný na energii získanou z baterií.

Naše touha po elektromobilu s delším dojezdem nebo notebooku, co nejméně závislém na napájecím konektoru, pohání práci vědeckých týmů po celém světě a pomalu nemine týden, kdy by nás laboratoře neseznámily s nejnovějšími výsledky a ujištěním, že produkt fascinujících vlastností bude brzy na trhu. Některé novinky jsou možná slepou uličkou, jiné v sobě mohou skrývat potenciál, který ukáže čas.

Kam směřuje vývoj baterií? Nové materiály, recyklace i odklon od lithia
Kam směřuje vývoj baterií? Nové materiály, recyklace i odklon od lithia

Lithium-iontové baterie

Od 90. let do současnosti jsou nejen ve spotřební elektronice využívány lithium-iontové (Li-Ion) baterie s vysokou hustotou energie na jednotku objemu a dlouhou životností. Během procesu vybíjení putují lithiové ionty, jejichž zdrojem je lithiová sůl, elektrolytem od záporné elektrody ke kladné a během nabíjení naopak.

Přes řadu výborných vlastností (lithium je lehké a účinně koncentruje elektrický náboj) mají Li-Ion baterie svá slabá místa, například ohrožují zařízení požárem nebo výbuchem. Prvek je totiž velmi reaktivní. Lithium také při procesu nabíjení tvoří malé krystalky ― dendrity, které se neodstraní během procesu vybíjení a snižují životnost baterie. Vědci intenzivně hledají materiál, který by fungoval jako interfáze a dendrity by zachytil. Perspektivními se jeví organické sloučeniny síry.

První cestou, kudy se výzkumy ubírají, je snaha zdokonalit stávající lithiové baterie: zvýšit jejich výkon a zkrátit proces nabíjení při maximalizaci počtu cyklů nabití a vybití. Jiné laboratoře si pohrávají s myšlenkou lithium zcela opustit a nahradit ho novým, levnějším a bezpečnějším materiálem.

Více energie a vyšší rychlost dobíjení

U Li-Ion baterie je anoda z uhlíku a katoda z oxidu kovu. Vědci z univerzity v Rice vsadili na asfalt. Část uhlíku obsaženého v anodě experimentálně nahradili materiálem na bázi asfaltu a přidali grafenové nanočástice. Baterie se nabíjely 20 krát rychleji než baterie, jejichž anoda byla pouze z uhlíku. Výsledky své práce vědci publikovali v časopise ACS Nano.

Jak správně nabíjet smartphone? Na paměťový efekt zapomeňte

Mnoho laboratoří se snaží zvýšit hustotu energie na jednotku objemu baterie. „Budoucnost je růžová“, uvádí server ScienceDaily, stejně jako nová sloučenina, kterou se povedlo připravit týmu vědců z Technické univerzity v Mnichově pomocí mikrovlnného záření. Jedná se o fosfát lithia s obsahem kobaltu, který, je-li součástí katody, dokáže uchovat mnohem více energie než konvenční systémy.

Čím nahradit lithium

Snahou mnoha pracovišť je vyrobit baterie z nejrozšířenějších prvků na zemi: uhlíku, hořčíku nebo hliníku, které jsou zároveň levné a netoxické. Ideálem by se stalo, pokud by nová technologie byla založená i na recyklaci odpadních produktů po jiné průmyslové výrobě. Švýcarská národní laboratoř pro materiálovou vědu a technologii se zaměřila na využití odpadního produktu, který vzniká v průběhu výroby oceli: směsi grafitu a kovového šrotu. Takzvaný „kish“ grafit má povahu studené taveniny a byl s úspěchem použitý pro výrobu katody, kde se kromě výborných parametrů prokázala jeho další užitečná vlastnost: „Kish“ grafit je efektivní při vychytávání objemných chloridových iontů, které vznikají v průběhu nabíjení baterie.

Superkapacitory: budoucí velkosklady energie

Průkopníci nových technologii předpovídají, že dnešní baterie brzy skončí v propadlišti dějin a vysvětlují, že uložení energie do chemických vazeb je málo účinné. Příští baterie, takzvané superkapacitory, by měly účinně shromažďovat elektrický náboj a uvolňovat ho postupně. Superkapacitory, akumulátory s velmi krátkou dobou nabíjení, obsahují vodivé vrstvy a nevodivou vrstvu (dielektrikum), která je odděluje. Materiálem budoucnosti vodivých vrstev se mají stát uhlíkové nanostruktury, které disponují obrovským povrchem a schopností akumulovat náboj.

Slova napsal

Martin Kohout

Správa a content webů. Pracovně s Applem. Technologické novinky o smartphonech.

Web: https://freebit.cz

Chceš se vyjádřit? Tento článek okomentuj, projev názor!