„Strukturální“ mikrobaterie. Kredit: University of Pennsylvania.

Ve vývoji baterií se v poslední době prosazují strukturální technologie, které slibují rozmanité aplikace. Když je baterie se schopností ukládat energii přímo zabudovaná do konstrukce určitého zařízení, tak to znamená velké úspory hmotnosti i prostoru. To se hodí pro elektrická vozidla i letouny, pro vojenské vybavení i pro spoustu dalších zařízení.

James Pikul. Kredit: University of Pennsylvania.

Tým americké University of Pennsylvania vytvořil mikrobaterii, která využívá strukturální technologii pozoruhodným způsobem, vlastně sama pro sebe. Má obal, který ji chrání před okolním prostředím a zároveň do něho lze ukládat energii, takže je součástí baterie i funkčně. Cílem výzkumu bylo vyvinout nový typ baterie pro čím dál menší nositelná a další podobná zařízení. Takové přístroje jsou přitom často vystavené rozmarům prostředí, takže baterie je nutné chránit před nárazy, vodou, kyslíkem a dalšími vlivy.

Mikrobaterie je tak lehká, že ji unese hmyz. Kredit: University of Pennsylvania.

Problém je v tom že obal baterie navyšuje její hmotnosti i velikost, ale nijak se nepodílí na elektrochemických parametrech baterie. Badatelé se proto zaměřili na design malých baterií. Ty dnes obvykle vypadají tak, že mají ultra tenké elektrody, které jim umožňují rychle transportovat elektrony a ionty. Zároveň ale obsahují jen malé množství potřebných chemikálií a pojmou tím pádem jen malé množství energie.

Katody takových baterií obvykle představuje rozmělněný a stlačený materiál, který vytváří porézní strukturu. James Pikul a jeho kolegové změnili design mikrobaterií tak, že vytvořili materiál pro katodu s mnohem vyšší hustotou a propojili ho s kovovou fólií, která zároveň slouží jako obal baterie. Tím vznikl funkční obal, který se přímo podílí na fungování baterie. Nový design rovněž zajišťuje mnohem efektivnější pohyb iontů lithia.

Výsledkem těchto snah je mikrobaterie, která ukládá energii se čtyřnásobnou hustotou oproti jiným srovnatelným bateriím. Nová mikrobaterie váží jako dvě zrnka rýže a přitom pojme tolik energie jako stokrát větší baterie. Pokud bude její vývoj úspěšně dotažen do konce, tak se pro ni nabízí mnoho rozmanitých aplikací, od malých létajících strojů, přes nositelnou elektroniku a medicínská zařízení, až po nesčetná bezdrátová zařízení věcí internetu.

Video: A mini electric car that ‘eats’ metal and ‘breathes’ air

Literatura

University of Pennsylvania 27. 7. 2021.

Advanced Materials online 19. 7. 2021.