Hliník namiesto lítia: Čo prinesie nová koncepcia batérií?

Doposiaľ neexistujú komerčne dostupné hliníkové batérie a dokonca aj vo svete výskumu sú relatívne nové. Otázkou je, či by hliníkové batérie mohli časom nahradiť lítium-iónové.

Výskumníci z Chalmers University of Technology vo Švédsku a Národného chemického ústavu v Slovinsku túto myšlienku pripúšťajú. Vedú ich k tomu pokroky, ktoré vo vývoji hliníkových batérií dosiahli. Konkrétnym výsledkom je prekonanie míľnika dvojnásobnej energetickej hustoty v porovnaní s doteraz najpokrokovejšími technológiami batérií – na báze hliníka.

Pozrite siTesla chystá batérie, ktoré vydržia „večne“

Nový koncept hliníkových batérií je vyrobený z hojne dostupných materiálov a mohol by viesť k zníženiu výrobných nákladov a vplyvu na životné prostredie. Myšlienka má potenciál uplatniť sa v mnohých aplikáciách, vrátane energetických úložísk v kombinácii so solárnymi a veternými elektrárňami.

Nový koncept sa skladá z anódy a katódy z hliníka, respektíve z organického materiálu na báze antrachinónu. Organický katódový materiál umožňuje efektívne ukladanie pozitívnych nosičov náboja z elektrolytu na báze hliníka a chlóru – roztoku, v ktorom sa môžu ióny pohybovať medzi elektródami.ZDROJ | Yen Strandqvist

Pokrok vo vývoji prišiel s nahradením obvyklej grafitovej katódy (pozitívnej elektródy) nanoštruktúrovanou katódou na báze antrachinónu, čo je organická zlúčenina uhlíka (C14H8O2), zvyšujúca hustotu ukladania nosičov kladného náboja prichádzajúcich z elektrolytu. Navyše hliník je v zásade podstatne lepší nosič náboja ako lítium, pretože je multivalentný. To znamená, že každý ión „kompenzuje“ niekoľko elektrónov.

Predchádzajúce koncepcie hliníkových batérií používali hliníkovú anódu a grafitovú katódu. Grafit však poskytuje príliš nízku energetickú kapacitu batériových článkov s dostatočným výkonom.

Aj nové batérie však zatiaľ prežívajú chvíle slávy len medzi stenami laboratórií a ku komerčnej dostupnosti majú pred sebou ešte kus cesty. Navyše ich energetická hustota je v porovnaní s modernými Li-ion batériami stále len polovičná.

Štrukturálny vzorec antrachinónu.ZDROJ | Wikipedia

Vedci však dúfajú, že časom by sa hliníkové batérie lítiovým mohli vyrovnať a to by ich pri nižšej cene urobilo konkurencieschopnými.  Plánujú ďalej pracovať na zlepšovaní vlastností elektrolytu, aj elektród, aby tento cieľ dosiahli. Navyše hľadajú riešenia, ako z elektrolytu odstrániť chlór, ktorý k životnému prostrediu nie je príliš priateľský.

Pozrite siBatérie Tera3.0 – revolúcia je za dverami

Ak sa to podarí, hliníkové batérie by boli výrazne ekologickejšou alternatívou oproti súčasným Li-ion batériám. Okrem toho, na rozdiel od lítia, technológie spracovania a recyklácie hliníkového odpadu sú už dnes široko zavedené, čo by znamenalo ďalšie zníženie envirnonmentálnych záťaží.

Záverom však musíme konštatovať dve veci. Ak hovoríme o energetickej hustote a cenách batérií na jednotku energetickej kapacity, dnešné Li-ion batérie sú na míle vzdialené Li-ion batériám spred desiatich, či nebodaj dvadsiatich rokov a vyvíjajú sa ďalej. A rovnako sa bude musieť s nástupom elektromobility a rozvojom využívania záložných zdrojov rozvinúť a rozšíriť aj ich recyklácia. Takže s hodnotením treba byť opatrný.

ZdrojChalmers

Komentáre k článku