1/2022

Převratný patent českých vědců: levná a bezpečná baterie s vysokou kapacitou

| zdroj: AV ČR0

2022_01_21_baterie2.jpg
zdroj: René Volfík, Fyzikální ústav AV ČR

Nehoří a nevybuchuje, vydrží pět set cyklů vybití a opětovného nabití a její kapacita je srovnatelná s komerčními nikl-metal hydridovými bateriemi. Je vyrobena z extrémně levných a recyklovatelných materiálů – vědci z Fyzikálního ústavu AV ČR a Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR představují nový typ nabíjecí baterie, která přináší převrat v technologiích. Využití může najít například v oblasti solární energetiky.

Ukládání elektřiny vyrobené v solárních nebo větrných elektrárnách je velkou výzvou. I když na trhu existuje celá řada inovativních typů baterií, většina z nich se nehodí pro vysokokapacitní ukládání elektřiny, a to zejména z důvodu vysoké ceny. Devizou nového typu baterie jsou použité materiály, které jsou levné a běžně dostupné.

Experimentální vysokonapěťová baterie funguje na principu elektrochemické reakce, jde o vodnou baterii, která využívá slanou vodu, zinek a grafit. Vysoké napětí baterii dodává speciální chaotropní sůl, jejíž vliv na vlastnosti vodných roztoků studoval před více než 130 lety pražský německý chemik Franz Hofmeister.

Tým vědců vedený Jiřím Červenkou z Fyzikálního ústavu AV ČR se jeho poznatky inspiroval a vyvinul baterii, která se může uplatnit například ve stacionárních bateriových systémech. Využití baterie spatřují výzkumníci tam, kde je trvale umístitelná – například u solárních panelů. Výhodou je, že dokáže energii uložit i pro případ, kdy slunce nesvítí.

„Vodné baterie byly představeny již dříve, ale jejich rozmachu bránila relativně nízká kapacita a napětí. Našemu týmu se podařilo tento problém vyřešit tím, že jsme do roztoku vody přidali velké množství chaotropní soli chloristanu zinečnatého,“ vysvětluje Jiří Červenka.

Dosažené napětí je srovnatelné s napětím, kterého dosahují organické elektrolyty v komerčních lithiových bateriích. Nespornou výhodou našeho elektrolytu je vysoká vodivost, která na rozdíl od organických elektrolytů významně neklesá ani za nízkých teplot.

Výbuch i vznícení mimo hru

Baterie nehoří a nemůže vybuchnout, protože má nehořlavý elektrolyt. V tom je 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,“ zdůrazňuje Jiří Červenka.

Inovativní řešení si vědci patentovali v rámci lucemburského a evropského patentu. Výsledky svých výzkumů také publikovali v prestižních vědeckých časopisech, naposledy v tomto týdnu v Journal of Materials Chemistry A. V současné době hledají průmyslové partnery se zájmem o další vývoj produktu.

„Tento systém je nesmírně zajímavý nejen pro budoucí aplikace, ale i z hlediska základního výzkumu. Jak jsme ukázali, velmi důležitou roli zde hraje například vnitřní struktura materiálu elektrod, kde přílišná dokonalost nevede k nejlepším vlastnostem v některých ohledech, což i může být další výhodou pro aplikace,“ říká o vynálezu další člen týmu, Otakar Frank z Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR.

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.

Kapacitu lze ještě navýšit

Dosavadní testy prokázaly, že experimentální vodná baterie dosahuje kapacity 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. Jeho tým se nyní zaměří na vysokokapacitní baterie s ionty, které mohou mít v principu vyšší kapacitu než lithiové baterie. Velmi slibně se jeví rovněž hliníková vodná baterie, kterou výzkumníci na podobném principu sestavili v nedávné době.

Komentáře

  1. Tento článek zatím ještě nikdo neokomentoval.

Okomentovat

Partneři

Satturn
AB Plast
Partner - SOVAK
EAGB
Faircare
Inisoft
Xylem
Seven energy
Energotrans
United Energy
SPVEZ
Povodí Vltavy
Ecobat
Veolia
Ekowatt
AKU-BAT
Wasten
Solární asociace
Sensoneo
SmVaK
Vodárenství.cz
SKS
ITEC
Regartis
DENIOS
SYBA
PSAS
ČB Teplárna
REMA
SEWACO