Hliníkové baterie

Téměř třicet let hledání způsobů, jak vylepšit hliníkovou iontovou baterii, se blíží ke konci. První baterii s hliníkovou anodou, která je schopna rychle se nabíjet, ačkoli je levná a trvanlivá, vyvinuli vědci ze Stanfordské univerzity.

Vědci s jistotou říkají, že jejich mozek by se mohl stát bezpečnou alternativou k lithium-iontovým bateriím, které se dnes používají všude, stejně jako alkalické baterie, které jsou škodlivé pro životní prostředí.

Nebude zbytečné připomenout, že lithium-iontové baterie se někdy vznítí. Profesor chemie Hongji Dai je přesvědčen, že jeho nová baterie se nerozsvítí, i když je vybitá. Kolegové profesora Day popsali nové baterie jako „velmi rychlé dobíjecí hliníkové iontové baterie“.

Kvůli nízkým nákladům, požární bezpečnosti a schopnosti vytvářet významnou elektrickou intenzitu, hliník dlouho přitahoval pozornost vědců, nicméně, mnoho let šlo do vytvoření komerčně životaschopné hliníkové iontové baterie, která by mohla produkovat dostatečné napětí i po mnoha cyklech nabití-vybití.

Vědci museli překonat mnoho překážek, včetně: rozpadu materiálu katody, nízkého vybíjecího napětí buněk (asi 0,55 voltů), ztráty kapacity a nedostatečného životního cyklu (méně než 100 cyklů), rychlé ztráty energie (od 26 do 85 procent po 100 cykly).

Vědci nyní představili hliníkovou baterii s vysokou stabilitou, ve které použili kovovou anodu vyrobenou z hliníku ve spojení s katodou z trojrozměrné grafitové pěny. Před tím bylo vyzkoušeno mnoho různých materiálů pro katodu a rozhodnutí ve prospěch grafitu bylo nalezeno náhodou. Vědci ze skupiny Hongji Daya identifikovali několik typů grafitových materiálů, které vykazují velmi vysokou produktivitu.

Ve svých experimentálních vzorcích umístil tým Stanfordské univerzity do pružného polymerního vaku hliníkovou anodu, grafitovou katodu a bezpečný kapalný iontový elektrolyt, sestávající hlavně ze slaných roztoků.

Profesor Dai a jeho skupina nahráli video, které ukázalo, že i když vrtáte skořápku, jejich baterie budou i nadále chvíli fungovat a nerozsvítí se.

Důležitou výhodou nových baterií je jejich velmi rychlé nabíjení. Baterie lithium-iontového smartphonu se obvykle dobíjejí během několika hodin, zatímco prototyp nové technologie ukazuje nebývalou rychlost nabíjení až jednu minutu.

Životnost nových baterií je obzvláště nápadná. Životnost baterie je více než 7500 cyklů nabití-vybití a bez ztráty energie. Autoři uvádějí, že se jedná o první model hliníkových iontových baterií s ultrarychlým nabíjením a stabilitou tisíců cyklů. Typická lithium-iontová baterie vydrží pouze 1000 cyklů.

Pozoruhodnou vlastností hliníkové baterie je její flexibilita. Baterie může být ohnuta, což naznačuje potenciál pro její použití ve flexibilních zařízeních. Kromě jiného je hliník mnohem levnější než lithium.

Zdá se slibné používat takové baterie k ukládání obnovitelné energie s cílem zálohovat je pro následné poskytování elektrických sítí, protože podle nejnovějších vědců může být hliníková baterie nabíjena desítky tisíckrát.

Na rozdíl od široce používaných prvků AA a AAA s napětím 1,5 V generuje hliník-iontová baterie napětí asi 2 V. Jedná se o nejvyšší ukazatel, kterého s hliníkem dosáhl kdokoli, a v budoucnu se tento ukazatel zlepší, říkají vývojáři nových baterií.

Dosáhla se přitom hustota akumulace energie 40 W-hodina na kilogram lithium-iontové baterie toto číslo dosáhne 206 wattů na kilogram. Profesor Hongji Dai je však přesvědčen, že zlepšení materiálu katody povede v konečném důsledku ke zvýšení napětí i ke zvýšení hustoty akumulace energie v hliníkových iontových technologických bateriích. V každém případě již bylo dosaženo řady výhod oproti lithium-iontové technologii. Zde jsou nízké náklady v kombinaci s bezpečností a vysokorychlostním nabíjením, flexibilitou a dlouhou životností.