Svetová transformácia na ekologickejšie formy dopravy a ukladania energie dnes naráža na jeden zásadný problém. Súčasné lítiovo-iónové akumulátory sú síce technologickým štandardom, no ich výroba so sebou prináša obrovské environmentálne a ekonomické výzvy.

Ako však informoval technologický portál Tech Xplore, vedci z írskeho Bernalovho inštitútu na University of Limerick navrhli riešenie. Ich nový objav spája výhody dvoch odlišných svetov do jedného funkčného celku.

Sodíkovo-iónové batérie sa dlhodobo považujú za ideálnu alternatívu k lítiu. Tento prvok je totiž v prírode mimoriadne hojný, lacný a jeho získavanie nezaťažuje planétu v takej miere ako ťažba lítia.

Doteraz však sodík narážal na zásadný technologický limit, ktorým je nízka energetická hustota. Tento parameter určuje, koľko energie dokáže batéria uskladniť vzhľadom na svoju celkovú hmotnosť a fyzický objem.

Ak by sme dnes chceli použiť bežné sodíkové akumulátory v elektromobiloch, výrazne by sme obmedzili ich dojazd. V prípade spotrebnej elektroniky, ako sú notebooky či tablety, by sme zasa museli tolerovať oveľa vyššiu hmotnosť zariadení.

Írsky vedecký tím sa preto rozhodol pre netradičný prístup inšpirovaný starovekým konceptom jin a jang. Namiesto súperenia týchto dvoch technológií sa pokúsili o ich vzájomnú synergiu v jednom hybridnom článku.

Ako funguje táto unikátna chémia?

Vedci vytvorili prvú funkčnú duálnu katiónovú batériu, ktorá využíva ióny sodíka aj lítia súčasne. Výsledky ich práce, uverejnené v renomovanom časopise Nano Energy, prekvapili aj samotných autorov výskumu.

Kľúčovým krokom bolo pridanie len veľmi malého množstva lítiových solí do sodíkového elektrolytu. Tento zdanlivo jednoduchý zásah takmer zdvojnásobil kapacitu batérie v porovnaní s čistým sodíkovým riešením.

Na mikroskopickej úrovni prebieha medzi oboma prvkami mimoriadne dôležitý chemický proces. Lítiové ióny sú fyzicky menšie, vďaka čomu sa oveľa ľahšie a rýchlejšie pohybujú v štruktúre anódy.

Týmto pohybom uvoľňujú cestu pre väčšie sodíkové ióny a znižujú takzvanú difúznu bariéru. Sodík navyše bráni tomu, aby lítium zostalo po vybití trvalo zachytené v anóde, čo zabezpečuje reverzibilitu celej reakcie.

Hybridný akumulátor preukázal skvelú stabilitu počas tisícky nabíjacích cyklov pri vysokom prúde. Plný článok si udržal až 70 % pôvodnej kapacity po 200 cykloch, zatiaľ čo čistý sodík degradoval už po päťdesiatich.

Obrovská šanca pre európsky priemysel

Pre Európsku úniu a Slovensko má tento prelom strategický význam. Sme totiž silne závislí od dovozu drahých a ťažko dostupných kovov, ako sú kobalt, nikel či čisté lítium.

Nová batéria využíva katódu na báze sulfidu železa, akú vyvíja tím v Írsku, pričom sodík aj železo patria k najdostupnejším materiálom. Lítium tu nefiguruje ako hlavná zložka, ale len ako akcelerátor výkonu, čo výrazne znižuje výrobné náklady.

Pred masovým zavedením do výroby však musia inžinieri vyriešiť ešte niekoľko technických prekážok. Súčasný prototyp totiž využíva drahú germániovú anódu, ktorú chcú vedci nahradiť podstatne lacnejším kremíkom.

Ak sa tento prechod podarí, budeme svedkami revolúcie v ukladaní zelenej energie. Naše smartfóny, autá a dokonca aj rozvodné siete by mohli fungovať na báze lacného sodíka s minimálnou pomocou lítia.

Čítajte viac z kategórie: Umelá inteligencia / AI