Vědci z Číny vyřešili hlavní problém, který už roky zabíjí kovové sodíkové baterie. Tímto nepřítelem byly dendrity – ostré, jehlovité výrůstky, které propíchnou separátory a způsobují zkraty. To byla fatální chyba v technologii. Až do dneška.
Nový design, publikovaný 21. května v časopise Nano-Micro Letters, se nabíjí za čtyři minuty. Za pouhé čtyři. Svou kapacitu si přitom zachovává roky. Žádné zkraty. Žádné vylomení dendritů.
Klíčovým průlomem byl odolný kvazi-kapalný gelový elektrolyt nazvaný Sn-FB QSE.
Sodné kovové baterie (SMB) byly považovány za předního uchazeče o dědictví lithium-iontových baterií. Jsou levnější, bezpečnější a používají snadno dostupné materiály. Ale mají zlozvyk explodovat do vědeckých veletrhů. Proč? Protože sodík je extrémně reaktivní.
Jak se ionty pohybují uvnitř baterie, vytvářejí vrstvu zvanou SEI (pevný elektrolytický meziprodukt). Jeho úkolem je chránit anodu. To obvykle funguje dobře. Vrstva má tloušťku 10 až 50 nanometrů, tedy mikroskopicky tenkou. Ale v případě sodíku to praská. Těmito trhlinami se začnou hromadit ionty sodíku. Tvoří se hrudky. Hlízy se promění v trny. Hroty propíchnou membránu. Klikněte.
Sn-FB QSE tento problém řeší. Je polotuhá, odolná proti propíchnutí a zabraňuje sodíku v růstu do stalaktitů.
Výsledky testů? Je těžké je ignorovat.
Tým nabíjel a vybíjel článek po dobu více než 6000 hodin. Šest tisíc hodin nepřetržitého cyklování. Ani jedna bariéra prolomená dendrity.
Dovedli rychlost nabíjení na absolutní limit. Z 0 na 100 % za čtyři minuty. Baterie měla kapacitu 80,1 mAh/g. To je zhruba polovina výkonu špičkových lithium-iontových baterií při stejné šílené rychlosti. Rychlost ale není jediným kritériem.
Zvolněme tempo. Nabíjení za 20 minut místo 4. Pokračujte v jízdě na kole. Po 2000 cyklech si baterie zachovala 90 % své původní kapacity. To je v teoretických mezích současné lithium-iontové technologie. Ale je to levnější. A bezpečnější.
SMB spojují nízkou cenu a dostupnost sodíkových iontových materiálů s vysokou hustotou energie a kompaktností lithium-iontových technologií.
Na velikosti záleží. Lithium-iontové baterie jsou těžké. Kobalt a lithium jsou vzácné, geopoliticky citlivé a drahé zdroje. Jsou také vysoce hořlavé. Sodík je všude. V zemi je ho doslova více než zlata.
SMB používá sodíkovou kovovou anodu. Na rozdíl od standardních sodíkových iontových baterií, které používají grafit, je kovová anoda lehčí. Mnohem jednodušší. Ionty jsou také objemné. Nemohou se hromadit v místě poškození tak rychle, aby vyvolaly tepelnou únikovou reakci. Pokud je baterie proražená, jednoduše přestane fungovat. Nevznítí se.
Elektromobily to nutně potřebují.
Současným králem rychlosti je BYD Denza. Nabije se z 10 na 70 % za pět minut. Pět. To ale vyžaduje specializované 1 MW nabíjecí stanice, které ve vaší oblasti nejsou dostupné. Tesla Model 3? Patnáct minut při nabití 250 kW. Devadesát minut na standardní 50 kW stanici. Většina řidičů není ochotna čekat hodinu a půl.
Pokud budou malé a střední podniky fungovat tak, jak bylo slíbeno, jejich dosah může být nižší než jejich lithium-iontové protějšky. Doba nabíjení se ale zkrátí z hodiny na přestávku na kávu.
MHD? Perfektní řešení. Městská auta? Dobrá volba. Nečinně sedí v depu a nabíjejí, zatímco řidiči spí nebo odpočívají. K cestování po zemi nepotřebují velký dojezd. Potřebují spolehlivost a rychlost.
Smartphony založené na SMB však v nejbližší době nečekejte.
Telefony se zahřívají. Ochlazují se. Gelové elektrolyty nesnášejí změny teploty. Chemie se mění. Produktivita klesá. Vědci to uznávají. Jsou nutné opakované experimenty. Potřebujeme přístup k hromadné výrobě. Je potřeba přežít tvrdou realitu, kdy vám telefon v zimě spadne do kapsy bundy.
Čistý kovový sodík je nebezpečná látka. Výměna dobře prostudovaných grafitových anod, které nyní používáme, je velký skok. Velmi velký.
Je před námi dlouhá dekáda.
Revoluce baterií nemusí přijít z vytvoření dokonalého úložiště energie. Možná to přijde díky ochotě spokojit se s méně. Za předpokladu, že se dostatečně rychle nabije.
Jaká je vaše hranice trpělivosti? Pět minut.
