Způsobí nová hliníková baterie revoluci na trhu?

Jelikož význam akumulace energie v posledních letech významně roste vzhledem k růstu podílu obnovitelných zdrojů energie s proměnnou výrobou (solární a větrné elektrárny), přibývá také počet technologií umožňujících krátkodobé i dlouhodobé skladování elektřiny, čímž je vyrovnáván rozdíl mezi výrobou a spotřebou elektřiny v reálném čase.

V minulých článcích jsme Vám kromě nejvíce používaných typů baterií, jako jsou NiCD, NiMH, Li-Ion nebo Li-Polymer, představili také nové typy akumulátorů, které mají do budoucna potenciál se v této důležité oblasti elektroenergetiky prosadit. Mezi tyto perspektivní technologie patří například průtokové baterie nebo Kov-vzduchová baterie.

V tomto článku bude blíže představen jeden z posledních výstupů vědeckých a vývojových center – nová hliníková baterie. Ta byla představena nedávno výzkumným týmem ze Stanfordské univerzity s profesorem Hongjie Dai. Podle univerzity jde o průlomovou technologii. Hliník-ion baterie nabízí velmi atraktivní alternativu dnešních nejvíce rozšířených lithium-ion baterií.

Čím je hliník-ion baterie průlomová?

Hliník má k dispozici 3 valenční elektrony v porovnání s jedním elektronem v lithiu. Proto se mohou jak při nabíjecím, tak i vybíjecím procesu přenášet 3 elektrony na atom. To by znamenalo, že nabíjení by mělo probíhat ve velice krátkém čase. Další výhodou 3 valenčních elektronů je, že hliníková baterie by mohla mít teoreticky skoro 3 krát větší kapacitu než lithium-ion baterie. Toto vše v menším a lehčím obalu.

Že už se hliníková baterie používá?

Vědci řešili velký problém týkající se efektivnosti používaných druhů hliníkové baterie. Každá baterie má tři základní konstrukční prvky – anodu, katodu a elektrolyt. Většina dosud vytvořených návrhů používá poměrně efektivně hliníkovou anodu, ale problém se většinou objevil na straně katody. Byly zde použity různé materiály, jako oxid manganu, nanovlákna vanadu nebo různé polymery.

Nejlepší z těchto dosavadních systémů měly stále neuspokojivé parametry, a to především nízké vybíjecí napětí a počet cyklů za dobu životnosti kolem stovky. Po těchto 100 cyklech se katodové materiály velmi rychle rozpadly. Životnost baterie se tedy pohybovala na velmi mizerné úrovni.

Použitý materiál katody a porovnání s ostatními technologiemi

Pan prof. Dai a jeho kolegové tvrdí, že našli katodu, která funguje mnohem lépe než ty doposud používané. Katoda je flexibilní 3-D grafitová pěna. Jedná se o uhlíkový materiál, který byl vyvinut právě v jejich laboratoři. Tento materiál může obsahovat velké množství hliníkových iontů. Ionty se pohybují materiálem velmi rychle, a proto umožňují rychlé nabíjení a vybíjení.

Hustota energie akumulátoru je 40 Wh/Kg, což je srovnatelná hodnota s olověnými a niklovými (NiMH, NiCD) akumulátory. V porovnání s nejrozšířenějším typem akumulátorů lithium-ion se ovšem jedná o hodnotu podstatně nižší, jelikož dnešní Li-Ion baterie dosahují hustoty energie kolem 200Wh/Kg. Obecně řečeno, hliníkové baterie mají 5 krát menši kapacitu než lithium ion. Vědci tedy ještě musí zapracovat na zvětšení hustoty energie, protože na této hodnotě je závislá kapacita článku.  Na druhou stranu, tento článek je stále na začátku svého vývoje.

Velkou výhodou představeného typu baterie je životnost. Ta se pohybuje kolem 7 500 nabíjecích cyklů bez ztráty kapacity. Typická hodnota pro  lithium-iontové baterie je přitom kolem 1 000 nabíjecích cyklů. Obě hodnoty jsou uvedeny při hloubce vybíjení 100 %, to znamená, že článek byl vybit na svoji spodní hranici napětí. Poté byl zcela nabit na 100 % své kapacity.

Bezpečnostní výhodou této baterie je její ohebnost bez destrukčních účinků na životnosti. Dále u nové hliníkové baterie není nebezpečí výbuchu, jako je to v případě lithiové baterie, u které vzniká při poškození obalu velmi bouřlivá exotermická reakce lithia s kyslíkem. Naproti tomu nová hliníková baterie zmíněný nedostatek odstraňuje. Co víc, tvarovatelnost baterie bez poškození je naprosto fascinující.

Vědci tvrdí, že tato baterie má potenciál najít uplatnění v mnoha aplikacích, jako jsou chytré telefony, notebooky a další elektronická přenosná zařízení. Kromě toho se nabízí díky zmíněným výhodám také uplatnění v oblasti skladování energie s OZE s proměnnou výrobou. Baterie může v budoucnu posloužit také jako náhrada za primární baterie (Alkalické baterie), jelikož napětí hliníkové baterie je 2 volty, což je blízké k napětí napětí jednorázových alkalických baterií AA a AAA, které je 1,5 voltů.

Přestože předpokládaná cena popisované baterie ještě nebyla oznámena, vědci předpokládají, že díky nasazení běžně dostupných materiálů (hliník a grafit) by měla být nižší v porovnání s konkurenčními typy.

Zdroj úvodní fotografie: www.rmf24.pl