„Naša batéria by mohla nahradiť v súčasnosti používané alkalické batérie, ktoré zaťažujú životné prostredie, alebo lítiovo-iónové, ktoré môžu občas vzplanúť. Naša batéria nezačne horieť, ani keď ju prevŕtate,“ tvrdí Hongjie Dai, profesor chémie zo Stanfordovej univerzity. O vytvorení „ultrarýchlo nabíjateľnej hliníkovo-iónovej batérii“ informoval v žurnále Nature. Podľa neho by nabitie mobilu s takouto batériou netrvalo viac ako minútu.
Hliník je už dlho považovaný za atraktívny materiál na výrobu batérií, lebo je lacný, nehorľavý a má vysokú úložnú kapacitu energie. Vyvinutie hliníkovej batérie sa však desaťročia končilo nezdarom. Hlavným problémom bolo nájsť materiály schopné produkovať dostatok voltov aj po opakovaných cykloch vybitia a dobitia batérie.
Katóda a anóda
Hliníkovo-iónová batéria pozostáva z dvoch elektród. Negatívne nabitá anóda je z hliníka. „Ľudia pre pozitívne nabitú katódu vyskúšali množstvo materiálov. My sme náhodou objavili, že jednoduchým riešením je použiť grafit (tuhu), čo vlastne uhlík. Počas výskumu sme našli niekoľko typov grafitu, ktoré mali veľmi dobré výsledky,“ hovorí Dai.
Tím vedcov zo Stanfordu experimentálnu batériu s hliníkovou anódou a grafitovou katódou a spolu s iónovým tekutým elektrolytom usadilo do polymérom potiahnutého obalu. „Elektrolyt je vlastne soľ, ktorá je pri izbovej teplote tekutá, takže je to veľmi bezpečné,“ vysvetľuje spoluautor štúdie Ming Gong.
Preto by hliníkové batérie mali byť bezpečnejšie než lítiovo-iónové batérie, ktoré sa v súčasnosti používajú v miliónoch laptopov a mobilov. „Lítiovo-iónové batérie môžu spôsobiť požiar,“ uviedol Dai a ako príklad uviedol, že aerolínie Delta nedávno zakázali prevážať zásielky takýchto batérií v osobných lietadlách.
„Počas našich pokusov sme hliníkovú batériu prevŕtali vŕtačkou. Batéria sa nielen že nevznietila, ale ešte chvíľu aj fungovala. Naproti tomu lítiové batérie môžu explodovať aj vo vašom vrecku,“ pokračuje americký chemik, ktorý poukázal aj na ďalšie výhody hliníkových batérií. Tou hlavnou je extrémne rýchle nabitie. V súčasnosti treba mobil nabíjať hodiny, prototyp hliníkovej batérie sa podarilo nabiť za minútu.
Ďalším pozitívom je životnosť. Dosiaľ vyvinuté hliníkové batérie „umreli“ po sto cykloch nabíjania a vybíjania. Dai tvrdí, že ich batéria zvládla bez poklesu kapacity až 7 500 cyklov. Na porovnanie, klasickú lítiovú batériu je potrebné vymeniť asi po tisíc nabitiach. Gong ešte dodal, že ich batéria je flexibilná. Dá sa ohnúť aj zložiť. Hliník je navyše lacnejší kov ako lítium.
Využitie a nedostatky
Okrem použitia v elektronických zariadeniach by hliníkové batérie mohli nájsť uplatnenie aj na uskladnenie elektrickej energie z obnoviteľných zdrojov. Tieto zdroje sú síce ekologické, ale majú nestály výkon. Solárne elektrárne nefungujú v noci a veterné vtedy, keď nefúka vietor.
„Elektrizačná sústava preto potrebuje batérie s dlhou životnosťou, ktoré dokážu rýchlo uskladniť a rýchlo uvoľniť elektrickú energiu,“ vysvetľuje Dai. „Tieto dáta sme ešte nepublikovali, no naše experimenty naznačujú, že hliníkové batérie zvládnu desiatky tisíc cyklov nabitia a vybitia. Je ťažké si predstaviť, že by sa to podarilo s lítiovými batériami.“
Prototyp hliníkovej batérie má však aj svoje nedostatky. Milióny ľudí používajú 1,5-voltové AA a AAA ceruzkové baterky. Hliníkové batérie produkujú približne dva volty elektrického napätia. „To je polovica toho, čo produkuje lítiová batéria,“ priznáva Dai. Podľa neho treba zapracovať na zlepšení materiálu, z ktorého je vyrobená katóda. Potom budú hliníkovo-iónové batérie pripravené na generačnú výmenu súčasných lítiovo-iónových batérií.