Batéria novej generácie vyvinutá čínskymi vedcami by mohla priniesť revolúciu v oblasti skladovania energie. Nový typ sodíkovo-kovovej batérie sa podľa výsledkov výskumu dokáže úplne nabiť za štyri minúty a zároveň si zachováva vysokú kapacitu aj po tisíckach nabíjacích cyklov. Ak sa technológiu podarí úspešne uviesť do praxe, mohla by sa stať lacnejšou a bezpečnejšou alternatívou k dnešným lítium-iónovým batériám.
Batéria novej generácie môže zmeniť elektromobily aj elektroniku: nabitie za 4 minúty je bližšie k realite
Batéria novej generácie vyvinutá čínskymi vedcami by mohla priniesť revolúciu v oblasti skladovania energie. Nový typ sodíkovo-kovovej batérie sa podľa výsledkov výskumu dokáže úplne nabiť za štyri minúty a zároveň si zachováva vysokú kapacitu aj po tisíckach nabíjacích cyklov. Ak sa technológiu podarí úspešne uviesť do praxe, mohla by sa stať lacnejšou a bezpečnejšou alternatívou k dnešným lítium-iónovým batériám.
Vývoj výkonnejších batérií patrí medzi najväčšie technologické výzvy súčasnosti. Vedci z Číny teraz oznámili významný pokrok pri vývoji sodíkovo-kovovej batérie (SMB), ktorá kombinuje mimoriadne rýchle nabíjanie s dlhou životnosťou. Najväčšou prekážkou tejto technológie boli doteraz tzv. dendrity, teda drobné kryštalické útvary, ktoré spôsobujú poškodenie batérie a môžu viesť ku skratu.
Čo je sodíkovo-kovová batéria?
Sodíkovo-kovová batéria patrí medzi perspektívne alternatívy ku klasickým lítium-iónovým batériám. Na rozdiel od sodíkovo-iónových batérií využíva čistú kovovú sodíkovú anódu namiesto grafitu alebo tvrdého uhlíka.
Práve táto konštrukcia prináša niekoľko výhod. Batérie môžu byť ľahšie, lacnejšie na výrobu a zároveň nevyžadujú drahé suroviny, akými sú lítium alebo kobalt. Sodík je totiž oveľa dostupnejší a jeho zásoby sú výrazne väčšie.
Najväčší problém predstavovali dendrity
Doterajší vývoj sodíkovo-kovových batérií narážal na zásadný problém. Pri opakovanom nabíjaní sa na anóde vytvárali ostré výrastky nazývané dendrity. Tie postupne prerástli cez vnútro batérie až ku katóde, čím vznikol skrat a batéria sa stala nepoužiteľnou.
Čínski vedci tvrdia, že našli riešenie v podobe špeciálneho kvázi-tuhého gélového elektrolytu označovaného ako Sn-FB QSE. Tento materiál vytvára stabilnejšie prostredie vo vnútri batérie, spevňuje jej štruktúru a výrazne obmedzuje vznik dendritov.
Nabitie za štyri minúty
Najväčšiu pozornosť vzbudili výsledky testovania novej technológie. Vedcom sa podarilo batériu nabiť z 0 na 100 % len za štyri minúty.
Počas testov si pritom zachovala kapacitu približne 80,1 mAh na gram, čo predstavuje približne polovicu hodnoty typických lítium-iónových batérií. Pri miernejšom nabíjaní, ktoré trvalo približne 20 minút, si batéria po 2 000 nabíjacích cykloch udržala až 90 % svojej pôvodnej kapacity. To už predstavuje hodnoty porovnateľné s kvalitnými modernými lítium-iónovými článkami.
Vedci zároveň batériu opakovane nabíjali a vybíjali viac ako 6 000 hodín bez toho, aby sa objavili dendrity spôsobujúce skrat.
Význam pre elektromobily
Práve rýchlosť nabíjania patrí medzi najväčšie výzvy dnešných elektromobilov. Hoci niektoré najmodernejšie vozidlá už podporujú extrémne rýchle nabíjanie, vyžadujú veľmi výkonné nabíjačky s výkonom až 1 MW, ktoré zatiaľ nie sú bežne dostupné.
Ak sa nová technológia osvedčí aj mimo laboratória, mohla by umožniť oveľa kratšie prestávky pri nabíjaní elektromobilov bez potreby extrémne drahej infraštruktúry. Odborníci preto vidia veľký potenciál najmä vo verejnej doprave, firemných vozových parkoch alebo mestských elektromobiloch.
Prečo by mohli sodíkové batérie nahradiť lítium?
Lítium-iónové batérie dnes dominujú trhu, no ich výroba je nákladná. Vyžadujú totiž suroviny, ktorých zásoby sú geograficky obmedzené a ich ťažba je finančne aj ekologicky náročná.
Sodík ponúka viacero výhod:
- je výrazne lacnejší a dostupnejší,
- výroba batérií môže byť ekonomickejšia,
- batérie sú bezpečnejšie a menej náchylné na tepelný únik či požiar,
- využívajú materiály, ktoré sú jednoduchšie dostupné vo veľkom množstve.
Nevýhodou zostáva nižšia energetická hustota, čo znamená kratší dojazd elektromobilov alebo kratšiu výdrž zariadení na jedno nabitie.
Do smartfónov sa zatiaľ nechystajú
Hoci výsledky vyzerajú veľmi sľubne, odborníci upozorňujú, že komerčné využitie je ešte pomerne vzdialené. Batérie s gélovým elektrolytom musia preukázať stabilitu pri extrémnych teplotách a výskum bude musieť nezávisle potvrdiť viacero ďalších vedeckých tímov.
Výrobcovia elektroniky navyše zatiaľ pristupujú opatrne aj k používaniu čistej sodíkovej anódy. Pred nasadením do smartfónov, notebookov alebo elektromobilov bude potrebné vyriešiť otázky dlhodobej spoľahlivosti aj sériovej výroby.
Batéria, ktorá môže zmeniť budúcnosť
Ak sa podarí technológiu úspešne škálovať do priemyselnej výroby, sodíkovo-kovové batérie by mohli počas nasledujúceho desaťročia výrazne ovplyvniť trh s elektromobilmi aj energetickými úložiskami. Kombinácia nízkych výrobných nákladov, vysokej bezpečnosti a extrémne rýchleho nabíjania z nich robí jednu z najperspektívnejších technológií, na ktorých dnes vedci pracujú.
Zdroj: livescience | topdesat
