Uplatní se levné baterie, které nevybouchnou?

Jaký by potenciální komerční partner měl být, jaké má nová baterie ekologické dopady a co dalšího mají vědci v plánu, se dozvíte v naší zvukové reportáži.

„Funguje to jako normální baterie se dvěma kontakty, kladným a záporným, a stejně jako u běžných baterií v ní probíhají elektrochemické reakce. Liší se ale tím, jaká konkrétní reakce v nich probíhá,“ Jiří Červenka z Fyzikálního ústavu AV ČR mi ukazuje drobný žlutý plíšek v plastovém obalu. „V našich testovacích bateriích to máme v plastovém pouzdře a kontakty jsou přímo naše elektrody. Dá se to ale zapouzdřit i do jiného pouzdra,“ vysvětluje vědec s tím, že jednou by mohly vypadat podobně jako klasické knoflíkové baterie.

Nová technologie je založena na principu vodné baterie: využívá slanou vodu, zinek a grafit. Vysoké napětí baterii dodává speciální chaotropní sůl chloristan zinečnatý, jejíž vliv na vlastnosti vodných roztoků studoval před více než 130 lety pražský německý chemik Franz Hofmeister. „Díky tomu, že jsme použili velmi netradiční elektrolyt, jsme dokázali překonat slabiny předchozích vodných baterií. Překonali jsme jejich nízké napětí a díky tomu jsme dosáhli relativně vysoké kapacity. To je zajímavé z toho důvodu, že vodné elektrolyty jsou nehořlavé,“ pokračuje Červenka.

Že baterie skutečně nehoří ani neexplodují, si vědci ověřili díky několika experimentům. Ohni vystavili jak samotný elektrolyt, tak jednotlivé části baterie, ale nic se nestalo. V tom je podle Červenky zásadní rozdíl oproti Li-ion bateriím, které jsou nyní nejpoužívanější na trhu. „Li-ion baterie mají velmi hořlavé organické elektrolyty, a navíc obsahují lithium, které se může na vzduchu samovznítit. To u naší baterie nehrozí.“

Poněkud nevýhoda nových baterií je jejich velikost. Tady v laboratoři sice vidíme drobný plíšek, jenže pokud by baterie měla mít stejnou kapacitu jako třeba baterie v telefonu, musela by být mnohem větší než ty současné baterie. Což je poněkud v rozporu s postupnou miniaturizací. Proto si Jiří Červenka nemyslí, že by tyto baterie našly uplatnění právě v mobilních telefonech nebo elektromobilech – baterie by byly příliš těžké.

Praktické uplatnění tedy baterie můžou nalézt tam, kde rozměry a hmotnost nejsou rozhodující a naopak se ocení cena a nehořlavost. Například ve stacionárních bateriových úložištích u elektráren vyrábějících elektrickou energii z obnovitelných zdrojů. Problémem slunečních nebo větrných elektráren totiž je, že za příhodných meteorologických podmínek vyrobí více energie, než je v síti aktuálně potřeba. A naopak, když je zataženo nebo vítr nefouká, potřebné množství elektřiny vyrobit nedokážou. Právě bateriová úložiště můžou tento problém vyřešit. Tím spíš, pokud budou levná.

Jak už tu opakovaně padlo, testovací baterie, které vědci vytvořili, jsou hodně malé, což je naprosto neporovnatelné s požadavky velkokapacitních bateriových úložišť. Jiří Červenka si ale myslí, že by to nemusel být problém: „Principiálně by to mělo jít. Vycházeli jsme z toho, že jsme používali velmi jednoduše dostupné materiály, není tam žádná specialita. Ale uvidíme, jestli najdeme partnera, který by nám s tím pomohl a z té jedné baterky dokázal udělat více baterek. Jednotlivé elektrochemické cely se naskládají do větší baterie a pak můžou mít výstup mnohem větší, mohou vytvářet vysokokapacitní bateriové komplexy.“ Vědci hledají takového partnera, který už bude mít s vývojem baterií zkušenosti.

Inovativní řešení této technologie si vědci patentovali v rámci lucemburského a evropského patentu a výsledky svých výzkumů také publikovali v prestižních vědeckých časopisech, například v Journal of Materials Chemistry A. Princip baterie je založen na transportu dvou rozdílných iontů, dvojmocném zinku a jednomocném chloristanu. Dvojmocný zinek má v porovnání s jednomocným lithiem výhodu, že může při nabíjecím a vybíjecím procesu přenášet dva elektrony na atom, a díky tomu může mít teoreticky větší kapacitu než lithium při stejném objemu.

Dosavadní testy prokázaly, že experimentální vodná baterie dosahuje kapacitu okolo 45 mAh/g a výstupní napětí 2 V a vydrží 500 cyklů vybití a opětovného nabití, aniž by její výkonnost citelně klesla. Výsledná kapacita experimentální baterie je tedy srovnatelná s komerčními nikl-metal hydridovými bateriemi.

„Domnívám se, že po důkladné optimalizaci této baterie je ještě možné významně navýšit její kapacitu,“ podtrhuje Jiří Červenka. „Nyní se zaměříme především na vysokokapacitní baterie s ionty, které mohou mít v principu vyšší kapacitu než lithiové baterie. V nedávné době jsme na podobném principu sestavili hliníkovou vodnou baterii, která se jeví také jako velmi slibná,“ uzavírá fyzik.

Více se dozvíte v naší zvukové reportáži.