Experimentální chlórová baterie. Kredit: Stanford University/Guanzhou Zhu.

Baterie jsou stále velice bolavým místem civilizace a tím pádem i žhavým tématem výzkumu. Na americké Stanford University experimentují s letitou architekturou chlórových baterií na jedno použití. Snaží se z ní vytěžit novou technologii a jsou v tom úspěšní. Vyvinuli novou verzi těchto starých baterií, ve které jsou nejen nabíjitelné, ale zároveň pojmou šestkrát víc energie než soudobé standardní lithium-iontové baterie.

V tomto případě byla klíčovým průlomem stabilizace reakcí s chlórem v baterii. Pokud na experimentální baterie naváže výroba a použití ve velkém, tak by se mohly objevit baterie, které na jedno nabití utáhnou chytrý telefon po celý týden.

Logo. Kredit: Stanford University.

Nová baterie představuje technologii alkalický kov-chlór. Je založena na chemii, která byla poprvé využita v sedmdesátých letech dvacátého století jako lithium-thionyl chlorid. Tyto původní baterie byly slušně hodnocené pro ukládání energie ve velmi vysoké hustotě. Problém byl ale vysoce reaktivní chlór, kvůli jehož chemickému řádění byly tyto baterie použitelné jen jednou jedinkrát.

V klasické nabíjitelné baterii elektrony během vybíjení putují do jiného typu molekul. Když se taková baterie nabíjí, tak se elektrony přesouvají zpět, do původních molekul. U původních baterií s chlórem šlo o to, že se chlorid sodíku či chlorid lithia změnil na chlór. Ten je tak reaktivní, že ho nebylo možné přeměnit zpátky na chlorid s dostatečně vysokou účinností.

Běžná Li-Ion baterie z mobilního telefonu. Kredit: Kristoferb / Wikimedia Commons.

Guanzhou Zhu s kolegy to vyřešili tím, že vyvinuli nový typ elektrody z porézního uhlíku. Ten funguje jako houba, která nasaje „zlobivé“ molekuly chlóru a udrží je v bezpečí, aby mohly být opět přeměněny na chlorid. Jak říká Zhu, když je jejich baterie nabitá, tak jsou molekuly chlóru polapeny v pórech uhlíkových nanosfér. Baterie s touto architekturou v této chvíli zvládnou až 200 cyklů vybití/nabití a stále je prý prostor pro zlepšení. Dobře udržované Li-Ion baterie přitom vydrží cca 500 až 1000 cyklů.

Badatelé v experimentech doložili, že jejich baterie ukládá 1200 mAh na gram materiálu elektrod. To je zhruba šestinásobek oproti soudobým Li-Ion bateriím. Pokud tato technologie baterií uspěje a bude dotažena do konce, mohla byt nalézt velice rozmanité uplatnění, od medicínských technologií a běžné elektroniky, až po satelity či senzory na odlehlých místech.

Literatura

Stanford News 25. 8. 2021.

Nature 596: 525–530.