Pokud bychom měli ukázat na jednu jedinou technologii, která v posledních desetiletích brzdí rozvoj elektroniky, jsou to baterie. Zatímco v ostatních oblastech výpočetních technologií dochází k prudkému rozvoji, u baterií vývoj tak trochu stojí na místě. Základní princip lithium-iontových (Li-ion) článků se od 60. let minulého století prakticky nezměnil. Nyní se však díky pokrokům v oblasti používaných materiálů a prvků může mnohé změnit.
Vápníkové baterie by mohly v budoucnu nahradit stávající lithiové
Lithiové baterie jsou dnes všude, ale narážejí na své limity. Jsou sice lehké a výkonné, ale lithium jako takové je poměrně vzácné, drahé na těžbu a z geopolitického hlediska problematické. Navíc jde o prvek, který velmi agresivně reaguje se vzduchem. Stačí baterii poškodit a následuje požár, který se hasí jen velmi obtížně.
Výzkumníci už dnes používají různé způsoby, jak z lithia vyždímat maximum, například přidáváním křemíku do anod, ale i tak se blížíme k teoretickému stropu a ten prostě nelze prorážet donekonečna. Proto vědci upínají pozornost k vápníku. Vápník (kalcium) je pátým nejrozšířenějším minerálem v zemské kůře. Je ho všude dost, je levný, netoxický a mnohem bezpečnější. Má vysoký bod tání (přes 840 °C), což znamená, že vápníkové baterie by měly být mnohem stabilnější a odolnější proti vznícení než ty lithiové.
Zdroj: GPT
Klíčové je ale srovnání kapacity. Teoretická energetická hustota vápníkových baterií je 3202 Wh/L, zatímco u nejlepších současných lithiových článků (kombinujících křemík a uhlík) se zastavuje na hodnotě 2800 Wh/L. Vápník má tedy potenciál nabídnout mnohem delší výdrž na jedno nabití. Až doteď byla hlavní překážkou chemická nestabilita. Elektrolyt (tekutina uvnitř baterie) doslova „rozežíral“ elektrody, což vedlo k tomu, že baterie po pár nabitích ztrácela kapacitu.
Výzkumný tým z Hongkongské univerzity vědy a technologie (HKUST) pod vedením profesora Yoonseoba Kima však ohlásil zásadní průlom. Vyvinuli speciální kvazi-pevný elektrolyt, který opotřebení baterie výrazně omezuje.
Výsledky vypadají velmi nadějně:
- Životnost: baterie zvládla 1000 nabíjecích cyklů a stále si udržela 74 % své původní kapacity. To už je hodnota, která se vyrovná některým komerčním lithiovým bateriím.
- Kapacita: při běžném napětí dosahuje hustoty 280-320 Wh/L, což je srovnatelné se standardními lithiovými bateriemi.
- Budoucí potenciál: při vyšším napětí (kolem 3,6 V by se kapacita mohla vyšplhat až k hranici 1800 Wh/L.
Navzdory nadějným výsledkům mají vápníkové ionty jednu slabinu. Jsou fyzicky větší než ty lithiové. V praxi to znamená, že se takové baterie zatím nabíjejí velmi pomalu. Další překážkou je chybějící výrobní infrastruktura. A to od těžebních dolů, přes čistírny po továrny specializované na vápníkové články. Podle optimistických odhadů si na komerční nasazení v chytrých telefonech počkáme ještě zhruba 5 až 10 let.
Zdroj: phonearena.com