Vedci vytvorili rekordnú vodnú batériu. Vydržala až 2 800 hodín a rieši veľký problém klasických článkov

Batérie pre energetiku nemusia vyzerať ako tie v elektromobiloch. Pri úložiskách pre siete, solárne parky, fabriky alebo dátové centrá je často dôležitejšia bezpečnosť, životnosť a cena než maximálna hustota energie v čo najmenšom balení. Práve preto sa vedci opakovane vracajú k vodným batériám, ktoré nepoužívajú horľavý organický elektrolyt ako klasické lítium-iónové články.

Problém je, že vodné batérie majú vlastné slabiny. Pri zinkových systémoch sa počas nabíjania a vybíjania môže kov ukladať nerovnomerne, vznikajú dendrity, korózia a vedľajšie reakcie s vodou. Výsledok je kratšia životnosť a horší výkon. Kórejský tím zo Sungkyunkwan University teraz ukázal riešenie, ktoré nestojí na drahej exotickej architektúre, ale na úprave elektrolytu malým množstvom špeciálnej prísady.

Ako píše Interesting Engineering, výskumníci použili zwitteriónovú prísadu, ktorá pomohla vodnej zinkovej batérii fungovať stabilne viac než 2 800 hodín a zároveň dosiahnuť vysokú kapacitu.

Malá prísada, veľký rozdiel

Pôvodná štúdia vyšla v časopise Nano-Micro Letters pod názvom Self-Assembled Ordered Nanostructure of Zwitterionic Co-Solutes Induces Localized High-Concentration Electrolytes for Ultrastable and Efficient Zinc Metal Anodes. Vedci v nej opisujú prísadu označenú ako C10, ktorá sa v elektrolyte sama skladá do približne 3,77-nanometrových štruktúr. Tie upravujú prostredie pri zinkovej elektróde a pomáhajú usmerniť tok iónov.

Laicky povedané, nejde o to pridať do batérie „zázračnú chemikáliu“. Ide o kontrolu priestoru, v ktorom sa zinok ukladá a rozpúšťa. Keď sa zinok ukladá nerovnomerne, batéria starne rýchlejšie. Keď sa elektrolyt dostáva do neželaných reakcií s vodou, zhoršuje sa stabilita. C10 má podľa autorov pomáhať vytvárať ochranné rozhranie na povrchu zinku, obmedzovať koróziu a potláčať vedľajšie reakcie.

Výsledky sú preto zaujímavé najmä kombináciou 2 parametrov. Tím uvádza stabilnú prevádzku viac než 2 800 hodín a pri vysokokapacitných podmienkach plošnú kapacitu 8,10 mAh/cm². Univerzitná správa označuje túto kombináciu životnosti a kapacity za výkon na špičke medzi vodnými batériami.

Nie batéria do mobilu, ale do siete

Pri takýchto objavoch je dôležité nepodľahnúť skratke, že ide o náhradu batérií v smartfónoch alebo elektromobiloch. Vodné zinkové batérie sú zaujímavé najmä tam, kde nehrá hlavnú rolu každý gram hmotnosti. Teda pri stacionárnom ukladaní energie: pri fotovoltike, veterných parkoch, priemysle, nabíjacích huboch alebo dátových centrách.

Ako sme písali pri fotovoltike, samotný výkon panelov prestáva stačiť, ak systém nevie vyrobenú elektrinu spotrebovať alebo uložiť v správnom čase. Lacnejšie a bezpečnejšie batérie by mohli byť jednou z ciest, ako znížiť tlak na sieť a zvýšiť využitie obnoviteľných zdrojov.

Zaujímavé je aj to, že profesor Hoseok Park v univerzitnej správe priamo spomína potenciál pre veľké energetické úložiská, AI infraštruktúru a dátové centrá. Práve tieto segmenty dnes tlačia na spotrebu elektriny veľmi rýchlo. Ak majú servery pre umelú inteligenciu rásť, budú potrebovať nielen nové zdroje, ale aj stabilné zálohovanie a lepšiu prácu so špičkami.

NEI Corporation

Ako sme upozorňovali pri dátových centrách pre umelú inteligenciu, spotreba elektriny sa mení na limit technologického rozvoja. Bez úložísk, flexibilnej siete a lacnejšej energie môže byť ďalší rast AI infraštruktúry problémom aj v krajinách, ktoré majú dostatok pozemkov alebo investičných stimulov.

Komercializácia je stále najťažšia časť

Výsledok 2 800 hodín je silný laboratórny signál, nie hotový produkt na trhu. Pri batériách vždy rozhoduje škálovanie, cena materiálov, výrobný proces, správanie vo väčších článkoch, bezpečnosť pri dlhodobom nasadení a to, či systém prežije tisíce cyklov mimo ideálnych podmienok.

Aj tak však ide o smer, ktorý dáva zmysel. Európa aj Slovensko budú potrebovať viac úložísk. Nie iba pre domácnosti so solármi, ale aj pre fabriky, energetické siete a nabíjaciu infraštruktúru. Ako ukazuje aj tlak automobiliek na vlastnú energiu, priemysel už nezačína riešiť len cenu elektriny, ale aj to, ako si časť spotreby vyrobiť, uložiť a riadiť sám.

Ak sa podobné vodné batérie podarí dostať z laboratória do priemyselnej výroby, ich najväčšia hodnota nebude v tom, že porazia lítium v elektromobile. Skôr môžu vyplniť priestor, kde lítium nie je ideálne: lacné, bezpečné a dlhodobé úložiská pre elektrickú sieť. A práve tam sa bude rozhodovať, či obnoviteľná energia zostane iba lacná v čase výroby, alebo bude dostupná aj vtedy, keď ju sieť skutočne potrebuje.

Čítajte viac z kategórie: Novinky