Pozrite si
Naša závislosť na mobiloch, tabletoch a prenosných elektronických zariadeniach obecne je už, žiaľ, skoro absolútna. Sme však zároveň limitovaní ich kapacitou a výroba batérií značne zaťažuje životné prostredie.
Vedci však intenzívne pracujú na inováciách, ktoré vyriešia oboje. Batérie budúcich generácií budú ekologické, alebo aspoň ekologickejšie a poskytnú vyššiu kapacitu ako tie dnešné. Aj keď oba parametre nemusia nevyhnutne spĺňať súčasne.
Pomôže organická chémia?
Batérie a akumulátory boli doteraz postavené vždy na báze anorganických zlúčenín a kovov – od olovených, po lítium-iónové batérie, hoci uhlík (opäť v anorganickej forme) sa v elektródach používa už dávno.
Zmeniť by to mohli batérie využívajúce listy zelených rastlín. Vedci z University of Maryland zistili, že zahriatím dubových listov na 1000 stupňov Celzia sa narušia existujúce uhlíkové štruktúry a dá sa z nich vyrobiť anóda s pórmi prírodných listov s veľkou absorpčnou kapacitou. Výskum pokračuje testovaním vhodnosti ďalších rastlinných materiálov ako je rašelina, banánové šupky, alebo šupky z melónov. Praktické využitie je v nedohľadne.
Inú cestu predstavujú technológie na báze cukru. Tím výskumníkov z Virginia Tech vyvinul „cukrovú“ batériu s dlhšou výdržou, ako ktorýkoľvek z doterajších prototypov. Polysacharid maltodextrín získavaný čiastočnou hydrolýzou škrobu, je izolovaný z prírodného cukru a použitý ako palivo.
V kombinácii so vzduchom batéria uvoľňuje z cukrového roztoku elektróny a vyrába elektrickú energiu. Cukor je lacný a dostupný, takže by sa mohol stať materiálom pre výrobu nielen lacných, ale aj biologicky odbúrateľných batérií. V tomto prípade však hovoríme o palivových článkoch, nie o akumulátoroch.
Exotické technológie
Zaujímavé objavy bývajú často dielom náhody. Tak to bolo aj na University of California, kde vedci hľadali spôsob ako zvýšiť kapacitu existujúcich batérií.
Pritom objavili technológiu batérií, ktoré používajú elektródu zloženú zo zlatých nanodrôtikov s vrstvou oxidu manganičitého, ponorenú v gélovom elektrolyte pripomínajúcom plexisklo. Batéria sa vyznačuje takmer nekonečnou životnosťou, keďže ani po stovkách tisíc nabíjacích cyklov nestráca svoju kapacitu.
Pokiaľ je rozhodujúci ekologický faktor, zaujímavé môžu byť „jedlé“ batérie využívajúce elektrolyt zo slanej vody. Batérie vyrobené zväčša z prírodných materiálov – z hliny, bavlny, uhlia a slanej vody sa síce sotva stanú gurmánskou lahôdkou, určite však nebudú produkovať toxický odpad.
Vyvinula ich spoločnosť Aquion Energy a určené majú byť pre veľké úložiská v domoch, alebo v priemyselných podnikoch.
Ekologický aspekt je kľúčovou vlastnosťou aj ďalšieho typu batérií. Na Iowa State University vedci vyvinuli jednorázové autodeštrukčné batérie. Samodeštrukciu môže spúšťať svetlo, teplo, alebo pôsobenie kvapaliny – batéria je totiž rozpustná vo vode.
Uplatnenie by mohli nájsť vo vojenských, zdravotníckych a ďalších špeciálnych aplikáciách, kde je potrebná len obmedzená životnosť.
Na dosah je grafén, aj Li-ion inovácie
Grafén je „zázračný“ nanotechnologický materiál, ktorý neunikol ani pozornosti výskumníkov vyvíjajúcich batérie. Táto modifikácia uhlíka má 2D štruktúru v podobe sita o hrúbke jediného atómu. Hodí sa nielen na konštrukciu elektród batérií, ale aj pre superkapacitory.
Také vyvinuli aj na austrálskej Swinburne University. Superkapacitory majú výhodu, že sa dajú nabiť za pár sekúnd na plnú kapacitu a rovnako rýchlo dokážu aj uvoľniť uloženú energiu.
Oproti akumulátorom je však nevýhodou superkapacitorov nižšia energetická hustota a teda menšie množstvo uskladnenej energie. Grafén však nájde uplatnenie aj akumulátoroch. Šéf Tesly Motors už v roku 2014 hovoril, že technológie pre batérie umožňujúce dojazd elektromobilov na 800 km sú na dosah, hoci by zatiaľ boli príliš drahé.
Podľa neoficiálnych informácií však Tesla pracuje práve na takýchto batériách a malo by ísť o grafénové batérie.
V prípade grafénu pôjde hlavne o inováciu Li-ion batérií. Ak sa grafén uloží do anódy batérie, môže jej energetickú hustotu a teda aj mernú kapacitu zvýšiť až 4x. Keďže zároveň zníži vnútorný odpor, pomôže aj skrátiť nabíjacie časy.
Iné vylepšenie Li-ion technológie ukázala americká firma SolidEnergy Systems. Ich Li-Metal batérie používajú namiesto uhlíkovej anódy špeciálny kovový materiál (lítiovú fóliu) a bezpečný elektrolyt. Sú bezpečné a trvanlivé rovnako ako dnešné Li-ion batérie, ale ponúkajú energetickú hustotu 400-500 Wh/kg, čo je dvojnásobok súčasných batérií.
Funkčné vzorky Li-Metal batérií predstavila SolidEnergy Systems už vlani. Komerčne dostupné batérie by mali byť na trhu v roku 2017 a o rok neskôr majú byť dostupné v roku 2018. Čo na to hovorí Tesla so svojou Gigafactory? Podľa Elona Muska sleduje všetky trendy a ak sa objaví životaschopná technológia, je spoločnosť pripravená konať.