Zvrhne fluorid z trónu kráľa batérií, lítium?

Dominancia lítia, ako chemického prvku, ktorý využíva väčšina dnešných nabíjateľných batérií, môže čoskoro skončiť. Zo sedla by ho mohol zosadiť jeho polárny proťajšok fluór, resp. fluorid.

Prvok, ktorý dobre poznáme zo zubnej pasty, alebo, v niektorých krajinách, aj ako prostriedok na dezinfekciu pitnej vody, môže priniesť nové a lepšie batérie.

Problémom je teplota

Fluorid je už dlho v hľadáčiku vedcov kvôli svojmu potenciálu na lepšie skladovanie energie v elektródach. Jeho použitie má však háčik. Aby mohol správne fungovať, potreboval pevný elektrolyt zohriaty až na teplotu 150 stupňov Celzia, čo pre väčšinu bežných aplikácií robí takéto batérie nepoužiteľné, alebo veľmi nepraktické.

ZDROJ | ADL

Teraz sa však výskumníkom podarilo tento problém prekonať. Tím zložený z vedcov z Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology (Caltech), Honda Research Institute,  Lawrence Berkeley National Laboratory a Purdue University vyvinul fluoridové batérie schopné pracovať pri izbovej teplote.

Pozrite siBatérie v karosérii? Môžu zlepšiť elektromobily aj elektrické lietadlá

O technológii, na ktorú získali dva americké patenty, informovali v decembrovom vydaní časopisu Science.

https://www.youtube.com/watch?v=A0UtgDpx47g

Lítium a fluór majú vzťah ako protipóly jin a jang. Lítium je najviac elektropozitívny prvok periodickej tabuľky, čo znamená, že ľahko uvoľňuje elektróny, zatiaľ čo fluorid je silne elektronegatívnym prvkom, ktorý chce elektróny získavať.

Pozrite siLi-ion batérie z 3D tlačiarne nemajú tvarové obmedzenia

Pre vytvorenie batérie sa musia ióny prvkov ako fluór a lítium rozpustiť v elektrolyte, čo im pomáha pohybovať sa medzi elektródami. Problémom je, že fluoridové ióny sa dokázali dobre rozpustiť len v pevných elektrolytoch, čo obmedzovalo ich použitie na vysokoteplotné batérie.

Desaťnásobok kapacity

Ak sa batérie na báze fluoridov budú používať pri izbovej teplote, fluoridové ióny by sa mali lepšie rozptýliť v kvapalnom elektrolyte, podobne ako ióny lítia. Technológia by potom mohla viesť k náhrade lítiových katiónových batérií prvou vysoko výkonnou nabíjateľnou batériou na báze aniónov.

ZDROJ | Purdue University

Kľúčom je kvapalný elektrolyt, ktorý objavili výskumníci v Jet Propulsion Laboratory. Ide o syntetickú molekulu nazývanú BTFE, ktorá umožňuje fluorid rozpustiť pri izbovej teplote.

BTFE pozostáva z niekoľkých chemických skupín, ktoré sú usporiadané tak, aby v molekule tvorili dve pozitívne nabité oblasti, ktoré silne reagujú s fluoridom, pretože priťahujú protiklady. Simulácie ukázali, že tieto nabité oblasti spôsobia, že molekuly BTFE obklopia fluorid a rozpúšťajú ho pri izbovej teplote.

Pozrite siBatérie sú biznis, ktorý rastie „do neba“. Nie je však bez rizika

Simulácie tiež odhalili mechanizmus na testovanie iných rozpúšťadiel fluoridov, ktoré umožnia zvýšiť napätie a stabilitu okna BTFE. Budúce batérie by potom mali byť spoľahlivejšie pri vyšších napätiach. Cieľom ďalšieho výskumu má byť predĺženie životnosti elektród. Vedci už dosiahli istý pokrok pri stabilizácii medenej katódy tak, aby sa nerozpúšťala v elektrolyte.

Porovnanie vybraných technológií batérií z hľadiska energetickej hustoty (objemovej-zvisle a gravimetrickej).ZDROJ | ADL

Ak sa vývoj podarí dostať do prakticky využiteľnej podoby, mohli by nové batérie priniesť významné zmeny v elektromobilite, aj v oblasti obnoviteľných zdrojov energie. Fluoridové batérie majú mať totiž potenciálne až 10x vyššiu energetickú hustotu, ako súčasné Li-ion batérie a podľa Hondy by mali mať aj „priaznivejšiu environmentálnu stopu“.

Aktuálne prebieha testovanie batérií, takže o komerčnej dostupnosti zatiaľ nemožno hovoriť. Na to sme tak trochu zvyknutí aj z mnohých iných senzačných ohlásení batériových technológií. Jedno prirovnanie však hovorí, že výskum a vývoj batérií je ako streľba z brokovnice. Keď vystrelíte na terč veľký počet projektilov, niektoré trafia do čierneho.

ZdrojPurdue University

Komentáre k článku