Nanokryštály pyritu prinesú lacné veľkokapacitné batérie

Rozvíjajúca sa elektromobilita nepochybne prinesie prudký rast dopytu po Li-ion batériách. Len gigafabrika, ktorú Tesla stavia v Nevade vyprodukuje v roku 2020 toľko Li-ion batérií, koľko sa dnes vyrobí na celom svete. Táto výrobná kapacita postačí na ročnú produkciu až 500 000 elektromobilov. To sú už oproti dnešku enormné čísla, no v porovnaní s klasickými automobilkami stále nejde o žiadne rekordy. Toľko, alebo viac vozidiel, vyrobí ktorákoľvek z troch automobiliek na Slovensku. Elektromobily však nebude vyrábať len Tesla Motors, takže potreba výkonných batérií bude podstatne väčšia. Ďalšou rozvíjajúcou sa oblasťou postavenou na veľkokapacitných akumulátoroch sú zálohovacie zdroje napájania pre domácnosti, aj podniky. Tesla Powerwall opäť nie je jediným príkladom takéhoto riešenia.

Pozrite siDo záložných batérií ide po Tesle aj Mercedes-Benz

Tento rastúci dopyt pravdepodobne povedie k zdraženiu nedostatkového lítia. Výskumníci z EMPA a ETH Zürich teraz objavili alternatívu – batérie z „bláznovho zlata“, teda z pyritu. Skladajú sa zo železa, síry (pyrit je disulfid železa FeS2), sodíka a horčíka. Všetky tieto prvky sa hojne vyskytujú, takže by mohli poslúžiť na výrobu veľkých lacných batérií na akumuláciu energie zo solárnych a veterných, ale aj jadrových elektrární.

pyrit-baterie
ZDROJ | EMPA

Vedcom sa podarilo vytvoriť prototyp akumulátorov s anódou z horčíka, s katódou z nanokryštalického pyritu a s elektrolytom z iónov horčíka a sodíka. Sodíkové ióny z elektrolytu migrujú pri vybíjaní ku katóde, pri nabíjaní zas pyrit ióny sodíka emituje. Táto tzv. sodno-horečnatá hybridná batéria už funguje v laboratórnych podmienkach. Horčíková anóda je oveľa bezpečnejšia, ako vysoko reaktívne a horľavé lítium. Pri testovaní batérie po 40 cykloch nabíjania a vybíjania nevykazovali známky degradácie výkonu, vyžiadajú si však ďalšiu optimalizáciu.

Pozrite siLi-air batérie sú nádejou (nielen) pre elektromobily

Najväčšou výhodou je dostupnosť všetkých ingrediencií pre tento druh akumulátora: nanokryštály pyritu môžu byť vyrobené mletím kovového železa so sírou za sucha v konvenčných guľových mlynoch. Jeden kilogram horčíka je 15 krát lacnejší ako kilogram lítia. Úspory prinesie tiež lacnejšia konštrukcia batérií.

pyrit-baterie-diagram
ZDROJ | EMPA

Pyritové batérie však nebudú vedieť konkurovať Li-ion batériám v elektromobiloch. Ich (špecifický) výstupný výkon je príliš nízky. Môžu sa však s výhodou uplatniť všade tam, kde hrajú rolu náklady, bezpečnosť a šetrnosť k životnému prostrediu.

Pozrite siOdpojiť sa od siete? Školáci to dokázali!

Vo svojom príspevku zverejnenom v časopise Chemistry of Materials vedci z EMPA navrhujú batériu s úložnou kapacitou v ráde terawatthodín. Takáto batéria by mohla byť použitá na uloženie ročnej produkcie švajčiarskej jadrovej elektrárne v Leibstadt. Jadrové elektrárne majú podobne ako solárne a veterné elektrárne problém s uložením nadprodukcie vyrobenej elektriny. Na jej akumuláciu sa používajú napríklad prečerpávacie vodné elektrárne, ako napríklad slovenská elektráreň Čierny Váh. V tejto fáze vývoja sa vedci snažia zvýšiť elektrické napätie a predĺžiť životnosť nových batérií. Zároveň hľadajú investorov na podporu vývoja „post-lítium-iónovej technológie“, ktorí by ich pomohli priviesť do komerčnej podoby.

ZdrojEMPA

Komentáre k článku