Síra pomůže ke 4x výkonější baterii

Nové lithium-sírové baterie překonávají Li-Ion úplně ve všech ohledech. Dnes nejpoužívanější, Li-Iontový akumulátorový článek je sice fajn, ale je tu s námi již od roku 1991, kdy ho na trh vypustila společnost Sony. Z toho důvodu již nestačí na pokrytí požadavek moderních technických vymožeností, jako jsou třeba elektromobily.

Jak vlastně funguje Li-Ion?

Lithium, jež vyplňuje vnitřek baterie, je nejlehčí kov na světě. Má poměrně vysokou energetickou hustotu – 200 Wh/kg, a je velmi reaktivní, proto se pro tento případ dobře hodí.

Děj začíná uvnitř baterie, kde ionty lithia přecházejí ze záporné elektrody na kladnou a mezitím prochází skrze nějaký spotřebič, kde přenechají svůj elektrický náboj. Záporné elektrody, neboli anody, se vyrábějí ze sloučenin uhlíku a grafitu, do jejichž krystalové mřížky se vpraví ionty lithia. Kladné elektrody, označované jako katody jsou z lithio-kobaltového oxidu.

Přečti si také: Umí již umělá inteligence malovat?

Tyto baterie sice dnes jsou na technologické špičce, avšak mají svá úskalí. Mezi ně patří hlavně neekologičnost, potažmo náročnost na přírodní zdroje, a velmi nákladná recyklace. Krom toho je jejich cena poměrně vysoká a výdrž taky není zrovna silnou stránkou (i když některé smartfony, jako moto g9 power, který jsme vyzkoušeli, dokáží i s takovou výdrží něco udělat).

Jakou revoluci síra přináší?

Především je to energetická hustota, kterou kombinace lithia a síry nabízí. Ta se může podle vědců vyšplhat až na úrovně okolo 2 000 Wh/kg, zatímco dnešní běžné baterie mají teoretický strop již ve 580 Wh/kg.

Otázka životního prostředí je to, co se ve světě již dlouho hodně řeší. Li-S baterie přispěje k řešení této otázky, jelikož se dá vyrábět z velmi dostupného zdroje – síry. A také je její výroba málo náročná a lépe se recykluje.

Vědci s prototypem Síra pomůže ke 4x výkonější baterii — Vědci s prototypem

V čem se liší od Li-Ion?

Princip fungování Li-S je prakticky téměř stejný. Klíčová vlastnost této technologie spočívá v nahrazení klasické kobaltové katody, kterou má Li-Ion baterie sírovou katodou. Řešení zní jednoduše, ale nic není tak jednoduché, jak se zdá.

Vědci již řadu let pracují na principu fungování takovéto katody a postupně ji vylepšují. O nedávný objev se postarali výzkumníci z Berkeley Lab (národní energetická laboratoř spojených států).

Zajímavé téma: 4 tipy od HONOR jak správně nabíjet baterii v mobilu

Došli na to, že nanočástice mající základ v grafénu, na nějž je před atomy kyslíku navázána síra jsou velmi dobrým materiálem pro tento případ. Zabraňují totiž „rozpadu“ síry do elektrolytu a zároveň i stabilizovali její objem. Díky tomu vynalezli baterii, která má kapacitu 500 Wh/kg a po 1000 cyklech nabití a vybití má pořád více jak 300 Wh/kg.

Vědci v Austrálii zase přišli s nápadem, kde je síra uložena ve speciálně navržené vrstvě pojiva a uhlíku. To pomůže kompenzovat vyšší mechanické zatížení, a tak snížit ztrátu výkonu a kapacity. Díky výrobním procesům, šetrným k životnímu prostředí, tak lze vytvořit velmi výkonnou katodu. A to je přesně to, co všichni chceme!

Tento rok se o zatím poslední příspěvek do konstrukcí lithium-sírových baterií postarali vědci z jihokorejského technologického institutu. Tam se výzkumníci opřeli o jednu starší studii, která jim řekla, že oxalát kobaltu napomáhá adsorpci iontů. Tak na sirnou katodu přidali vrstvu tohoto materiálu a světě div se. Hypotéza zafungovala a zabránilo se tím samovolnému vybíjení baterie, včetně lepší stability.

Klepe již síra na dveře?

Stále je třeba překonat mnoho úskalí. Problém bude optimalizování výroby takových baterii a zredukování jejich velikosti, aby i náš mobil mohl disponovat touto baterii. Ta by podle vědců měla vydržet napájet smartfonu po dobu až 5 dní. Již v těchto dnech se tato technologie testuje v praxi na autech, solárních elektrárnách, a pod. Takže je otázkou následujících několik let, než se síra objeví v mainstreamu.

Co si ještě přečíst? Zkus tohle: Huawei Mate 40 Pro můžete ovládat i bez doteku

Možnost 4x větší kapacity akumulátoru otevírá dveře mnoha technologiím, ať už jsou to drony, mobilní zařízení nebo třeba vibrační hlavice. V jakém zařízení nalezne nejlepší uplatnění tato baterie, co myslíte?