Batériové technológie sa v posledných rokoch posúvajú dopredu rýchlejšie než kedykoľvek predtým. Popri nástupe polovodičových batérií s takmer dvojnásobnou hustotou energie oproti niektorým elektromobilom Tesly či experimentoch s betónom schopným akumulovať energiu sa do centra pozornosti opäť dostávajú aj tepelné batérie.

Tie síce nie sú novinkou, no ich širšiemu nasadeniu dlhodobo bráni zásadný problém. Teraz však vedci z Číny tvrdia, že našli spôsob, ako túto slabinu výrazne potlačiť. Na tému upozornil portál BGR.

Výskum publikovaný v prestížnom časopise Advanced Science naznačuje, že by sme mohli byť o krok bližšie k tepelnej batérii s vyššou hustotou energie a stabilnejším výkonom. Kľúčom je nový typ katódového materiálu, ktorý pomáha minimalizovať straty kapacity spôsobené takzvaným shuttle efektom.

Problém, ktorý brzdil rozmach

Aby sme pochopili význam nového riešenia, je potrebné sa bližšie pozrieť na samotný shuttle efekt. Ide o jav, pri ktorom sa medziprodukty reakcií, konkrétne polysulfidy, rozpúšťajú a migrujú vnútri batérie.

Tento proces vedie k nenávratnej strate síry, čo má za následok postupnú degradáciu článku a pokles nabíjacej účinnosti. Práve nestabilita spôsobená rozpúšťaním polysulfidov bola jedným z hlavných dôvodov, prečo sa tepelné batérie nedokázali presadiť vo väčšom meradle.

V minulosti sa výskumníci pokúšali tento jav potlačiť napríklad úpravou sírových elektród či optimalizáciou vnútorného usporiadania článkov. Niektoré z týchto prístupov priniesli čiastočné zlepšenia, no problém úplne neodstránili. Nový výskum však ponúka systematickejší prístup, ktorý môže zásadne zmeniť návrh budúcich tepelných batérií.

Špeciálna bariéra na úrovni materiálu

Tím vedený profesorom Wang Songom a Zhu Yongpingom z Inštitútu procesného inžinierstva Čínskej akadémie vied nadviazal na predchádzajúce koncepty využívajúce vnútorné bariéry v štruktúre batérie. Ich cieľom bolo vytvoriť selektívnu ochrannú vrstvu, ktorá by umožnila pohyb potrebných iónov, no zároveň zabránila nežiaducemu presunu a rozpúšťaniu polysulfidov.

Ilustrácia selektívneho prenosu iónov medzi elektrolytom a katódou podľa veľkosti, ktorý je umožnený subnanoporéznym rozhraním. | Science Advance

Základom riešenia sa stala škrupina vytvorená z takzvaných kovalentných organických štruktúr, známych ako COF. Ide o porézne materiály s kryštalickou a presne definovanou štruktúrou. Výskumníci ich dokázali upraviť tak, aby vytvorili povlak schopný prekryť mikroskopické priechody v katóde. Tento povlak umožňuje vybraným iónom voľne sa pohybovať, no zároveň efektívne blokuje tie častice, ktoré by inak prispievali k shuttle efektu.

Podľa autorov štúdie takýto prístup vytvára pevný základ pre budúce návrhy tepelných článkov. Lepšia kontrola pohybu materiálov vnútri batérie znamená vyššiu stabilitu, menšie straty kapacity a potenciálne aj dlhšiu životnosť. Výskumníci zdôrazňujú, že tento koncept môže byť inšpiráciou aj pre ďalšie typy akumulátorov, čím sa otvára priestor pre hľadanie alternatív k dominantným lítiovým technológiám.

Princeton University

Technológia pre extrémne podmienky

Tepelné batérie si už dnes nachádzajú uplatnenie tam, kde klasické lítiové články narážajú na svoje limity. Dokážu spoľahlivo fungovať v extrémnych teplotách, čo z nich robí vhodné riešenie pre vojenské aplikácie, niektoré letecké a vesmírne systémy či zariadenia používané pri hlbokom vrtnom prieskume. V takýchto podmienkach je stabilita a presná kontrola výkonu absolútnou prioritou.

Extrémne teploty majú totiž na tradičné batérie negatívny vplyv, skracujú ich životnosť a znižujú efektivitu. Práve v tomto kontexte je zlepšenie tepelnej stability a potlačenie shuttle efektu mimoriadne dôležité. Hoci aktuálny výskum ešte nepredstavuje definitívne riešenie všetkých technických výziev, ponúka silný technologický základ, na ktorom môžu vedci a inžinieri ďalej stavať.

Ak sa podarí koncept ďalej optimalizovať a preniesť do praxe, tepelné batérie by mohli získať výrazne širšie uplatnenie než doposiaľ.

Čítajte viac z kategórie: Novinky