Nehorí a nevybuchuje, vydrží päťsto cyklov vybitia a opätovného nabitia a jej kapacita je porovnateľná s komerčnými nikel-metal hydridovými batériami. Je vyrobená z extrémne lacných a recyklovateľných materiálov – vedci z Fyzikálneho ústavu AV ČR a Ústavu fyzikálnej chémie J. Heyrovského AV ČR predstavili nový typ nabíjacej batérie, ktorá prináša prevrat v technológiách. Využitie môže nájsť napríklad v oblasti solárnej energetiky.
Ukladanie elektriny vyrobenej v solárnych alebo veterných elektrárňach je veľkou výzvou. Aj keď na trhu existuje celý rad inovatívnych typov batérií, väčšina z nich sa nehodí pre vysokokapacitné ukladanie elektriny, a to najmä z dôvodu vysokej ceny. Devízou nového typu batérie sú použité materiály, ktoré sú lacné a bežne dostupné.
Experimentálna vysokonapäťová batéria funguje na princípe elektrochemickej reakcie, ide o vodnú batériu, ktorá využíva slanú vodu, zinok a grafit. Vysoké napätie batérii dodáva špeciálna chaotropná soľ, ktorej vplyv na vlastnosti vodných roztokov študoval pred viac ako 130 rokmi pražský nemecký chemik Franz Hofmeister.
Tím vedcov vedený Jiřím Červenkou z Fyzikálneho ústavu AV ČR sa jeho poznatkami inšpiroval a vyvinul batériu, ktorá sa môže uplatniť napríklad v stacionárnych batériových systémoch. Využitie batérie vidia výskumníci tam, kde je trvalo umiestniteľná – napríklad pri solárnych paneloch. Výhodou je, že dokáže energiu uložiť aj pre prípad, keď slnko nesvieti.
Ako vysvetlil Jiří Červenka: „Vodné batérie boli predstavené už skôr, ale ich rozmachu bránila relatívne nízka kapacita a napätie. Nášmu tímu sa podarilo tento problém vyriešiť tým, že sme do roztoku vody pridali veľké množstvo chaotropnej soli chloristanu zinočnatého.“
Dosiahnuté napätie je porovnateľné s napätím, ktoré dosahujú organické elektrolyty v komerčných lítiových batériách. Nespornou výhodou elektrolytu je vysoká vodivosť, ktorá na rozdiel od organických elektrolytov významne neklesá ani pri nízkych teplotách.
Výbuch aj vznietenie mimo hry
Batéria nehorí a nemôže vybuchnúť, pretože má nehorľavý elektrolyt. V tom je zásadný rozdiel oproti Li-ion batériám, ktoré sú teraz najpoužívanejšie na trhu. Ako zdôraznil Jiří Červenka: „Li-ion batérie majú veľmi horľavé organické elektrolyty, a navyše obsahujú lítium, ktoré sa môže na vzduchu samovznietiť. To u našej batérie nehrozí.“
Inovatívne riešenia si vedci patentovali v rámci luxemburského a európskeho patentu. Výsledky svojich výskumov tiež publikovali v prestížnych vedeckých časopisoch, naposledy v Journal of Materials Chemistry A. V súčasnej dobe hľadajú priemyselných partnerov so záujmom o ďalší vývoj produktu.
Ako uviedol o vynáleze ďalší člen tímu, Otakar Frank z Ústavu fyzikálnej chémie J .Heyrovského AV ČR. „Tento systém je nesmierne zaujímavý nielen pre budúce aplikácie, ale aj z hľadiska základného výskumu. Ako sme ukázali, veľmi dôležitú úlohu tu zohráva napríklad vnútorná štruktúra materiálu elektród, kde prílišná dokonalosť nevedie k najlepším vlastnostiam v niektorých ohľadoch, čo aj môže byť ďalšou výhodou pre aplikácie.“
Princíp batérie je založený na transporte dvoch rozdielnych iónov, dvojmocnom zinku a jednomocnom chloristane. Dvojmocný zinok má v porovnaní s jednomocným lítiom výhodu, že môže pri nabíjacom a vybíjacom procese prenášať dva elektróny na atóm, a vďaka tomu môže mať teoreticky väčšiu kapacitu ako lítium pri rovnakom objeme.
Kapacitu je možné ešte navýšiť
Doterajšie testy preukázali, že experimentálna vodná batéria dosahuje kapacitu okolo 45 mAh/g a výstupné napätie 2 V a vydrží 500 cyklov vybitia a opätovného nabitia bez toho, aby jej výkonnosť citeľne klesla. Výsledná kapacita experimentálnej batérie je teda porovnateľná s komerčnými nikel-metal hydridovými batériami.
Alo zdôraznil Jiří Červenka: „Domnievam sa, že po dôkladnej optimalizácii tejto batérie je ešte možné významne navýšiť jej kapacitu.“ Jeho tím sa teraz zameria na vysokokapacitné batérie s iónmi, ktoré môžu mať v princípe vyššiu kapacitu ako lítiové batérie. Veľmi sľubne sa javí aj hliníková vodná batéria, ktorú výskumníci na podobnom princípe zostavili v poslednom čase.
Zdroj: https://www.avcr.cz, zverejnené: 25. 1. 2022, autor: rpa
