Mohlo by se zdát, že mezi granátovými jablky a ručními granáty je jenom náhodná shoda jmen. Jenže není. Ruční granáty pojmenovali právě podle granátových jablek, starofrancouzsky a dnes i anglicky „pomegranate“. Snad je to kvůli jejich tvaru anebo granáty se svojí vražednou náplní tehdejším vojákům připomínaly mírně projímavé osvěžení granátových jablek. Podle granátových jablek se kupodivu jmenuje i žula, čili „granit“ a také drahokamy „české granáty“, které připomínají granátová semena. Granátová jablka provázejí lidskou civilizaci od dávných časů a v dnešní době se pěstují prakticky ve všech horkých oblastech planety. Jejich nezapomenutelný design teď dokonce inspiroval konstrukci nové generace lithium-iontových baterií.
Yi Cui ze Stanfordu a SLAC National Accelerator Laboratory vedl tým, jehož nové baterie mají anody tvořené nanočásticemi křemíku, uspořádané uvnitř uhlíkových slupek, podobně jako semena v granátovém jablku. Tyhle baterie fungují po 1 000 cyklech nabití a vybití na 97 procentech původní kapacity, což je už slušně předurčuje ke komerčnímu využití.
Když se baterie nabíjí, tak se příchozí energie skladuje na anodě. Křemíkové anody pojmou desetkrát víc náboje, než grafitové anody v dnes běžných dobíjecích lithium-iontových bateriích. Problém je v tom, že neposedný křemík nabírá při dobíjení baterií objem a zase se scvrkává, přičemž postupně reaguje s elektrolyty baterie. Tím se anoda časem zničí. V Cuiho laboratoři se během posledních osmi let snažili tento problém vyřešit uzavřením křemíkových nanočástic do uhlíkových skořápek (anglicky vesele yolk shells).
Badatelé teď nově použili k výrobě anod technologii mikroemulzí, která se používá třeba při přípravě barev či kosmetiky. Uhlíkové skořápky s křemíkovými nanočásticemi se díky tomu shlukly a tyto shluky se pak ještě potáhly druhou, silnější vrstvou uhlíku. Takto vzniklé větší a silnější uhlíkové skořápky představují solidní dálnici pro vedení elektrického proudu. Zároveň jsou jednotlivé součásti anody mnohem více chráněné před působením elektrolytů. Výsledkem celého procesu je jemný černý prášek, kterým lze potáhout folii a vytvořit tak anodu pro baterie.
Experimenty s granátovými elektrodami jsou prozatím slibné. Před spuštěním jejich komerční produkce ale bude ještě nutné vyřešit dvě zásadní věci. Celý proces výroby je potřeba zjednodušit a pak je také důležité najít zdroj levnějších křemíkových nanočástic. Jednou z velmi zajímavých možností kupodivu jsou rýžové plevy. Tyhle plevy obvykle nejsou k jídlu, ale každoročně jich produkujeme miliony a miliony tun. Přitom obsahují zhruba 20 procent oxidu křemičitého a prý se z nich dají relativně snadno vyrobit právě křemíkové nanočástice. Možná si budeme pěstovat baterie do mobilů a tabletů na rýžovištích.
Anode Materials for Lithium Ion Batteries (2010). Kredit: John Gulbronson.
Literatura
SLAC National Accelerator Laboratory News 16. 2. 2014, Nature Nanotechnology online 16. 2. 2014, Wikipedia (Pomegranate, Lithium-ion battery).