Pokud dnes něco brzdí možnosti mobilní elektroniky či alternativních dopravních prostředků, jsou to akumulátory. Ačkoli se jejich výzkumem zabývá mnoho laboratoří, již několik let se poměr jejich kapacity k velikosti příliš nemění. Pokud má nový tablet či notebook delší provozní výdrž, výrobce toho zpravidla nedosáhl vylepšením akumulátoru, ale efektivnějším využitím nabízené energie.
Mohou být výměnné, nebo vestavěné. Kapacita akumulátorů je jedním z největších limitů dnešní mobilní elektroniky.
V laboratořích Stanfordské univerzity se podařilo sestrojit a zatím úspěšně testovat přepracovanou konstrukci lithium-iontového akumulátoru, který by mohl nejméně zdvojnásobit dobu provozu dnešních zařízení na jedno nabití. A údajně i prodloužit celkovou životnost sekundárních článků.
Akumulátory pro svojí funkci využívají tři základní prvky: elektrolyt (zásobárna elektronů), anodu (uvolňuje elektrony do elektrického obvodu) a katodu (přijímá zpět elektrony z elektrického obvodu). V dnešních lithium-iontových akumulátorech je lithium přítomné pouze v elektrolytu. Anoda je uhlíková a katoda z oxidů kovů (různé podle typu a výrobce).
Vědci jsou již delší dobu přesvědčeni, že klíčem k vylepšení vlastností akumulátorů je anoda, respektive materiál, ze kterého je vyrobena. A že by bylo výhodnější, kdyby nebyla z uhlíku, ale právě z lithia, které má mnohem větší energetickou hustotu.
Akumulátor elektrokola dnes nabídne dojezd okolo 40 km. S lithiovou anodou byste si mohli troufnout na mnohem delší výlety.
„Ze všech materiálů, které by šlo použít jako kladná elektroda, má lithium největší potenciál. Někdo jej označuje jako Svatý grál. Je velmi lehké a má vysokou energetickou hustotu - získáte více energie ze stejného objemu a hmotnosti,“ uvedl pro magazín Phys.org vedoucí výzkumného týmu profesor Yi Cui.
Tentokrát je to poprvé, co se lithiovou anodu podařilo vytvořit bez toho, aby článek při nabíjení explodoval. Testované vzorky zatím úspěšně zvládly sto padesát nabíjecích-vybíjecích cyklů.
Problémy s lithiem vyřešil obal silný jako 1/5000 lidského vlasu
Lithium je totiž velmi nestálý chemický prvek, což se u dnešních článků projevuje tím, že se akumulátor poměrně ochotně nafoukne či exploduje při vyzkratování, výraznějším přebíjením, nebo vystavením vysoké teplotě.
Při použití lithiové anody ve standardně konstruovaném článku došlo při nabíjení k tak masivní expanzi objemu lithia (vědci dokonce použili výraz „virtually infinite“, tedy „prakticky nekonečné“), že článek doslova roztrhal zevnitř. Při vybíjení se lithium opět smrsklo na původní objem, což však zničený článek nezachrání. Problémem bylo i „požírání“ lithiového elektrolytu lithiovou elektrodou.
Zdvojnásobení kapacity akumulátorů by bylo požehnáním pro rozvoj elektromobilů.
„Pro použití lithia jako anody bylo třeba překonat velké překážky. Mnoho výzkumníků již výzkum vzdalo, ale my jsme našli způsob, jak lithium ochránit od problémů, které jej tak dlouho provázely,“ uvedl jeden ze spoluautorů inovace Guangyun Zheng.
Úspěšným řešením se ukazuje ochranný film tvořený propojenými uhlíkovými komůrkami. Autoři jej nazývají „nanospheres“ (volně přeložitelné jako „nanokuličky“) a strukturálně připomíná medovou plástev. Je to pružná, homogenní a ne-reaktivní 20nm vrstvička, která lithiu brání v živelných reakcích. Podrobnější informace se můžete dočíst přímo v práci publikované v časopise Nature (placený přístup).
„Ideální ochranná vrstva pro lithiovou anodu musí být chemicky stálá, aby zabránila chemickým reakcím s elektrolytem, a dostatečně pevná, aby ustála expanzi lithia při nabíjení,“ shrnul vlastnosti Cui. Testy zatím naznačují, že „nanospheres“ Stanfordské univerzity takové vlastnosti má.
Zda je to však ona akumulátorová revoluce, na kterou čeká většina elektronického světa a za kterou ji její tvůrci považují, to se teprve ukáže.
