Kapalná kovová baterie. Kredit: University of Texas at Austin.

V dnešní době jsou mezi nabíjitelnými bateriemi nejběžnější lithium-iontové baterie. Nejsou ale zdaleka jediné. Baterie představují intenzivně zkoumanou technologii a již existuje celá řada jejich typů, včetně některých vyloženě exotických. K exotice nemá daleko ani nová experimentální nabíjitelná baterie, která vznikla v laboratořích americké University of Texas at Austin.

Tato baterie navazuje na kapalné a pevné baterie, přičemž se snaží namíchat efektivní design, který spojuje to nejlepší ze světů kapalných a pevných baterií, včetně zvýšené stability. Jde o první kompletně kapalnou nabíjitelnou baterii, která funguje za pokojové teploty. A experimenty ukazují, že svými vlastnostmi poráží tradiční lithium-iontové baterie.

University of Texas at Austin, logo.

Kapalné kovové baterie mají elektrody, nikterak překvapivě, z kapalných kovů. Tato zařízení jsou méně náchylná na opotřebování, nežli pevné baterie. Zároveň je snazší je vyrobit v různých velikostech. Prostě se jen přizpůsobí velikost nádrže na kapaliny. Naopak jedním ze zásadních problémů těchto baterií je teplota. Aby byly použité kovy kapalné, tak baterie doposud musely udržovat teplotu přinejmenším 240 °C. To samozřejmě komplikuje konstrukci baterie, která je pak kvůli tomu masivnější a více náročná na energii.

Schéma nové baterie. Kredit: University of Texas at Austin.

Vedoucí výzkumu Yu Ding a jeho kolegové proto hledali takové kovy, které by mohly být použity v kapalné kovové baterii a přitom zůstávají kapalné při rozumných teplotách. Nakonec dospěli k anodě ze slitiny sodíku a draslíku, a ke katodě z galia a india. Tento systém zůstává kompletně kapalným při teplotě pouhých 20 °C. Podle badatelů je to nejnižší provozní teplota z doposud všech známých kapalných kovových baterií.

Zmíněné kapalné kovové elektrody jsou v této baterii oddělené organickým elektrolytem, který je rovněž kapalný. Podle Dingova týmu je možné jejich novou baterii nabíjet a vybíjet několikrát rychleji, nežli u lithium-iontových baterií. Stejně tak má tato baterie větší hustotu ukládání energie. Vzhledem k „proražení“ teplotní bariéry teď bude možné kapalné kovové baterie využívat k pohánění elektroniky a zařízení velmi rozmanitého druhu, od malých kousků nositelné elektroniky, až po rozsáhlé systémy pro ukládání energie rozvodných sítí.

Jak tvůrci baterie nezastírají, stále je tu mnoho prostoru pro vylepšování této technologie. Galium není úplně nejlevnější, takže badatelé plánují pokračovat ve výzkumu slitin a hledat ještě levnější varianty z běžnějších materiálů. Některé z takových materiálů by rovněž mohly umožnit ještě dále snížit provozní teplotu baterie. Výkonu baterie by také mohl prospět více vodivý elektrolyt.

Video: The Liquid Metal Battery: Innovation in stationary electricity storage

Literatura

University of Texas at Austin 6. 7. 2020.

Advanced Materials online 17. 6. 2020.