Pro materiálové vědce je to jako hledání svatého grálu. Chtějí vynalézt levný, netoxický, a vůči životnímu prostředí šetrný způsob výroby anod lithium-iontových baterií. Inspiraci k tomu hledají všude možně. Hlad po bateriích pro malou elektroniku je totiž čím dál tím větší.
Na výpravu za svatým grálem se pustil i tým Mihri a Cengize Ozkanových z Kalifornské univerzity v Riverside. Nositelem klíčového nápadu byl jejich student Zachary Favors. Když odpočíval na pláži kalifornského San Clemente, tak ho tam najednou pohltila myšlenka na všechen ten písek, co ho obklopoval. Na všechen ten křemenný písek. A tak si řekl, že to zkusí právě s pískem.
Ozkanovi a spol. se soustředili na anodu. Anody lithium-iontových baterií se obvykle dělají z grafitu, jenže možnosti grafitu vyhovět požadavkům stále nenasytnější elektroniky jsou podle všeho omezené. Takže by bylo fajn grafit něčím nahradit. Vědci proto intenzivně experimentují, například s nanostrukturami křemíku. Potíž je ale v tom, že takové nanostruktury rychle degradují a je dost obtížné je vyrábět průmyslově.
Podle Ozkanových by vtipným řešením mohlo být právě použití křemenného písku. V rámci výzkumu pátrali po lokalitě ve Spojených státech, kde by se vyskytoval písek s vysokým obsahem křemene. Našli ho u přehrady Cedar Creek, východně od Dallasu v Texasu. Nebylo to samozřejmě tak úplně náhodně zvolené místo, vyrůstal tam Favors a důvěrně to tam zná. Písek od Cedar Creek poté v laboratoři Kalifornské univerzity v Riveside namleli a v několika krocích vyčistili. Ze špinavě hnědého písku se nakonec stal jemný bílý křemenný prášek, strukturou a barvou připomínající moučkový cukr. K němu pak vědci přimleli sůl a hořčík a výslednou směs zahřáli. Sůl pohlcovala teplo a hořčík vychytával kyslík, aby nakonec zůstal čistý křemík.
Šlo to dobře, dokonce prý více než dobře. Jakoby zázrakem se křemík na konci výrobního postupu zformoval do velmi porézní 3D houbovité struktury. Což byl skvělý bonus. Pórovitá struktura se totiž ukázala být klíčem ke zlepšení výkonu baterií s křemíkovou anodou. Baterie s anodou z křemenného písku vydrží třikrát déle, než srovnatelné baterie s anodou založenou na křemíku, které už zvolna nahrazují baterie s grafitovou anodou. A to velmi uvítají zákazníci, kteří baterie kupovat prostě musejí, tak jako si drogově závislí shánějí dávky. A také by jistě bylo příjemné nabíjet mobily či tablety na třikrát delší dobu než doposud.
How Lithium-Ion Batteries Are Made. Kredit: MIT Technology Review.
Literatura
University of California Riverside 8. 7. 2014, Scientific Reports online 8. 7. 2014, Wikipedia (Lithium-ion battery).
Diskuze:
