Vědci z CEITEC vyvinuli flexibilní baterie s dlouhou životností a tvarovou pamětí

Moderní technologie přinášejí požadavky na stále bezpečnější, odolnější a přizpůsobivější baterie. V odpověď na tyto požadavky vyvinuli vědci z CEITEC VUT nové řešení pro ukládání energie. Keval K. Sonigara a jeho kolegové z výzkumné skupiny Energie budoucnosti a inovace na CEITEC VUT pod vedením Martina Pumery navrhli zinkovo-jodovou baterii, která je nejenže odolná proti korozi, ale navíc se po ohnutí dokáže vrátit do původního tvaru. Díky kombinaci inteligentních materiálů a chytrého elektrochemického designu otevírá toto inovativní řešení nové možnosti pro flexibilní elektroniku, nositelná zařízení i velkokapacitní skladování energie v rozvodné síti.

Většina dnešních dobíjecích baterií funguje na bázi chemických reakcí iontů lithia. Ačkoli mají tyto baterie široké využití, nesou s sebou bezpečnostní rizika, jako je nebezpečí požáru. Další výzvou je skutečnost, že místní zdroje pro jejich výrobu jsou omezené. Proto naléhavě potřebujeme bezpečnější alternativy, které budeme moct spolehlivě využít v nositelných zařízeních i v robotických systémech.

Baterie s pamětí

Keval K. Sonigara a jeho kolegové prokázali, že integrováním inteligentních slitin s tvarovou pamětí vzniknou z konvenčních tuhých vodních baterií vysoce flexibilní zařízení, jež jsou dlouhodobě stabilní. Vyvinuli udržitelnou zinkovo-iontovou baterii, která využívá elektrolyty na vodní bázi a kterou lze vyrobit za standardních laboratorních podmínek. Navíc v tomto designu využívají jód jako levnou katodovou složku, což je z globálního hlediska zdroj s bohatými zásobami. Navržená baterie tedy představuje bezpečnější alternativu vůči konvenčním lithium-iontovým systémům.

Přestože jódové katody a zinkové anody nabízejí nesporné výhody z pohledu nákladů a bezpečnosti, jejich praktickému využití doposud bránily problémy, jako je koroze zinku jodem. Průlomovým se ukázalo Sonigarovo řešení, kdy do zinkové anody zavedl Nitinol, slitinu niklu a titanu s tvarovou pamětí. Nitinol je odolný proti korozi, a navíc umožňuje flexibilní konstrukci baterie s tvarovou pamětí, díky níž se baterie po deformaci vrátí do svého původního tvaru. Tato zjištění jsou podrobně popsána v nedávno vydaném volně přístupném článku Corrosion-Resistant Shape-Programmable Zn–I₂ Battery publikovaném v časopise Advanced Energy Materials, jednom z nejlepších světových časopisů o energii (impakt faktor: 26,0).

Vize energeticky soběstačné Evropy

Sonigara také zdůraznil, že je Evropa při výrobě baterií aktuálně závislá na dovážených materiálech a že je nutné pracovat na vývoji lokálních řešení. Poukázal na potenciál, který v sobě skrývá jód získávaný z mořské vody a domácí technologie vodních baterií. Ty mohou Evropu posunout směrem k energetické soběstačnosti. S předpokládaným růstem trhu s vodními bateriemi na více než 10 miliard dolarů do roku 2030 představují tyto inovace významný krok směrem k ekologičtější a udržitelnější energetické budoucnosti.

Výkon baterií a plány do budoucna

Nově vyvinutá baterie poskytuje stabilní výkon 1,25 voltu na článek s energetickou hustotou přesahující 100 Wh/kg. Díky zinkové anodě podpořené Nitinolem vykazuje výjimečnou odolnost a v laboratorních testech spolehlivě funguje na více než 10 000 cyklů. Díky své konstrukci může baterie najít uplatnění pro potřeby ukládání energie v síti, ale také ji bude možné integrovat do spotřebních zařízení a nositelných zařízení.

Tým na CEITEC se i nadále zaměřuje na výzkum pokročilých chemických procesů a polovodičových materiálů a snaží se rozvíjet technologii vodních baterií, a lépe tak reagovat na aktuální požadavky trhu.

Zdroj: CEITEC VUT

Témata

Související články:
Oceněná studentka z CEITEC VUT zkoumá mikroplasty v těle. Chce přinést spolehlivou metodu jejich identifikace
Den Země: VUT vnímá environmentální odpovědnost jako technologickou příležitost
Nedostatek sena pro koně inspiroval Josefa Jančáře k vytvoření chytré výživy pro rostliny
Přelomový „svalový“ aktuátor: Vědci z CEITEC VUT získali prestižní EU grant jako jediní čeští koordinátoři
"Čekal jsem chaos, špínu a nepořádek," říká výzkumník z CEITEC VUT, který učil děti v Himálajích