Čínska batéria ponúka oproti tradičným lítiovým batériám dvojnásobnú energetickú hustotu a vyššiu bezpečnosť.
Nabíjanie elektrického auta. Zdroj: iStockphoto.com
Čínsky výskumný tím vyvinul batériu na báze vody, ktorá dokáže v hustote energie konkurovať bežným lítiovo-iónovým batériám. Ďalším pozitívom je, že na rozdiel od nich neobsahuje horľavé organické elektrolyty. Nové inovatívne riešenie je bezpečnejšie a navyše chráni životné prostredie. Uplatnenie by si mohla nájsť najmä v elektrických vozidlách.
Podľa údajov Ministerstva energetiky USA obsahuje lítiovo-iónová batéria pre jeden elektromobil približne 8 kilogramov lítia.
Voda v batériách
Batérie môžu využívať vodu ako rozpúšťadlo elektrolytov, čo výrazne zvyšuje ich bezpečnosť. Táto technológia sa uplatňuje už viac ako sto rokov, najmä v nenabíjateľných batériách. Avšak z dôvodu obmedzenej rozpustnosti elektrolytu a nízkeho napätia majú zvyčajne nižšiu hustotu energie, čiže menšie množstvo uloženej elektriny.
Roztoky elektrolytov sú v skutočnosti zmesou mnohých rôznych chemikálií, z ktorých každá riadi iný aspekt výkonu batérie. Aditíva nazývané mediátory pomáhajú presunu elektrónov v roztoku tým, že podstupujú sériu podporných oxidačných a redukčných reakcií. Najbežnejším mediátorom v batériách na báze vody je prvok jód, ktorý môže preniesť až šesť elektrónov za cyklus.
V štúdii, ktorú publikovali vedci z Dalianskeho inštitútu chemickej fyziky Čínskej akadémie vied v prestížnom časopise Nature Energy, opisujú, ako vyrobili multielektrónovú prenosovú katódu, ktorá využíva ako mediátor nielen jód, ale aj bróm. Pri testovaní dosahovala kapacitu energetickej hustoty až 1 200 watthodín na liter a kapacitu viac ako 840 ampérhodín na liter.
Lítiové batérie. Zdroj: iStockphoto.com
Využitie brómu
Na zlepšenie energetickej hustoty vodných batérií výskumníci použili ako elektrolyt zmiešaný halogénový roztok iónov jódu a brómu. V reakcii dochádzalo v procese oxidácie k premene elementárneho jódu na jodičnan (IO3-). Počas vybíjania sa jodičnany redukovali späť na jódové ióny.
Okrem toho výskumníci dokázali, že jód brómu pridaný do elektrolytu môže počas procesu nabíjania produkovať bromid jódu. To uľahčuje reakciu s vodou za vzniku jodičnanu. Zavedenie brómu, ďalšieho halogénového prvku schopného prenášať elektróny, poskytlo celému systému odrazový mostík k chemickým reakciám, zvýšilo ich rýchlosť a potlačilo tvorbu nechcených vedľajších produktov. Bróm jednoducho optimalizoval celý proces.
Vedci potom urobili sériu experimentov na vyhodnotenie vplyvu tohto elektrolytu na celkový výkon niekoľkých bežných typov batérií s použitím elektród z rôznych materiálov.
Nový elektrolyt v porovnaní so štandardnými lítiovo-iónovými batériami takmer zdvojnásobil hustotu energie pri použití kadmiových anód, ktoré sa zvyčajne nachádzajú vo vysokoenergetických prenosných zariadeniach. Medzitým vanádiové systémy, ktoré sú často pripojené k elektrárňam a ku generátorom obnoviteľnej energie na skladovanie energie v sieti, preukázali mimoriadne dlhú životnosť. Uspeli tiež počas viac ako 1 000 cyklov nabíjania a vybíjania.
Lacnejšie, bezpečnejšie batérie s dlhšou životnosťou by urýchlili prechod na ekologickú elektrickú dopravu a znížili by znečistenie ovzdušia, ktoré škodí ľudskému zdraviu.
Zdroj: LiveScience, Chienese Academy of Sciences, Azo Materials
(JM)
