Energija i gorivo

Znanstvenici rade na baterijama s deset puta većim kapacitetom od postojećih

on


Litij-zračne (lithium-air) baterije imaju potencijal da budu sljedeća velika stvar u tehnološkom sektoru i to ponajprije zbog činjenice što se njihovim korištenjem rješava mnoštvo problema koji „muče“ trenutno postojeće baterije (ovo se ponajviše odnosi na težinu, kompleksnost i opadanje kapaciteta tijekom vremena). Znanstvenici su uspjeli razviti novi tip baterije koja, umjesto da sve potrebne komponente sadržava u vlastitom kućištu, koristi kisik iz atmosfere kako bi si „priskrbila“ elektrone potrebne za proizvodnju energije kojom napaja razne uređaje, javlja ArsTechnica. Znanstvenici su do sada ostvarili značajne uspjehe pri dovođenju zraka u bateriju, a u kontroliranim uvjetima čak su uspjeli kisik iz atmosfere „natjerati“ na reakciju s određenim dijelovima u bateriji. Ovi uspjesi, međutim, predstavljaju tek veoma ranu fazu razvitka novih revolucionarnih baterija te znanstvenike u budućnosti očekuju veliki izazovi. Zasigurno jedan od najvećih takvih izazova bit će pronalazak adekvatnog rješenja za problem s kojim su se više puta susreli – kisik koji je nužan za proizvodnju elektrona često utječe i na dijelove baterije s kojima ne bi smio imati kontakta.

Rezultat ove reakcije kisika s komponentama baterije jest taj da prototipovi litij-zračnih baterija mogu izdržati tek nekoliko ciklusa punjenja i pražnjenja prije nego im kapacitet opadne praktički do neupotrebljivosti. No čini se da su znanstvenici konačno pronašli rješenje za ovaj problem – elektrolitni materijal koji ne reagira s kisikom i koji omogućava stabilne performanse baterije kroz mnoštvo ciklusa punjenja i pražnjenja. I sada dolazimo do najvažnije informacije u čitavoj priči – ukoliko se ovaj elektrolitni materijal pokaže dovoljno stabilnim za komercijalnu upotrebu, uskoro bismo mogli kupovati litij-zračne baterije koje će biti i do deset puta većeg kapaciteta od trenutačno dominantnih litij-ionskih baterija.

Jedan od najvećih izazova pri izradi nove baterije, kažu znanstvenici, jest taj što litij-zračne baterije potrebne  količine litij peroksida (Li₂O₂) stvaraju posredstvom specifičnog radikala kisika. Ovaj radikal je izrazito reaktivan i u pravilu će razlagati elektrolite koji „razbacuju“ nabijene ione između dvije elektrode koje se nalaze u bateriji. Ovo je, naravno, priličan problem, a znanstvenici su se dosjetili da bi, ako već nije moguće u potpunosti izbjeći reaktivni kisik, najbolje bilo zamijeniti postojeći elektrolit s materijalom koji uopće ne reagira s kisikom.

Glede ovoga već su napravljena određena preliminarna istraživanja, ali korišteni materijali uspješno su provodili naboj samo na temperaturama iznad 70 stupnjeva Celzijevih. Nakon početnih neuspjeha, znanstvenici su počeli koristiti mješavinu etilen glikola (preciznije, tetraetilen glikol dimetil eter) i kompleksne litijske soli – LiCF₃SO₃. Ova mješavina i više je nego uspješno obavljala svoj posao na sobnoj temperaturi, a možda najvažnije od svega, znanstvenici su njenom upotrebom eliminirali problem reaktivnog kisika. Naime, mješavina je s kisikom reagirala tako brzo da nisu mogli primijetiti nikakve nusprodukte reaktivnog kisika. „Isto tako, u laboratoriju nismo zamijetili tragove LiCO₃ (litijeva karbonata), jednog od najčešćih nusprodukata razlaganja elektrolita“, rekao je jedan od znanstvenika uključenih u projekt.

Ova kemijska stabilnost projicirala se i na stabilne performanse konačnog proizvoda. Tako je, primjerice, bilo iznimno teško procijeniti nalazi li se neka konkretna baterija u dvadesetom ili stotom ciklusu punjenja ili pražnjenja, što dokazuje kako je problem opadanja performansa prouzrokovan reaktivnim kisikom uspješno apsolviran.


Osnovna poteškoća s interpretiranjem ovih podataka je ta što elektroda predstavlja tek jedan dio cjelokupne strukture litij-zračne baterije (kao i svake druge, uostalom). Iako znanstvenici tvrde kako je upravo elektroda ključna pri određivanju kapaciteta baterije, prilično je teško ove nalaze usporediti s rezultatima kapaciteta baterija koje su bazirane na nekoj drugoj tehnologiji.

Znanstvenici uključeni u projekt izrade nove baterije tvrde kako je njen kapacitet veći od bilo koje trenutno postojeće baterije. „Čak i kada uzmemo u obzir određene faktore koji će utjecati na smanjenje kapaciteta litij-zračne baterije, poput težine pomoćnih dijelova kao što su elektroliti, kućište i vodiči struje, praktični kapacitet koji bi ova baterija mogla imati neusporediv je s kapacitetom koji je u stanju ponuditi dominantna litij-ionska tehnologija izrade baterija“, kažu znanstvenici.

Za usporedbu, litij-ionske baterije imaju kapacitet od otprilike 150Wh/kg (vat sati po kilogramu težine), a najoptimističnije pretpostavke govore kako bi se ovaj kapacitet u budućnosti mogao udvostručiti. Ukoliko se i trenutačne procjene kapaciteta litij-zračnih baterija pokažu istinitima (otprilike 13,500 Wh/kg), to bi značilo kako ćemo u budućnosti, u najgorem slučaju, imati baterije deset puta većeg kapaciteta od postojećih.

Već vidimo osmjeh na licima vlasnika pametnih telefona (iako će ove baterije svoju praktičnu upotrebu najvjerojatnije pronaći u električnim automobilima i drugim većim potrošačima energije), no treba naglasiti kako se tehnologija litij-zračnih baterija još uvijek nalazi u relativno ranoj fazi. U bližoj budućnosti ipak ćete čitav dan bez punjenja baterije svog pametnog telefona još uvijek prijateljima prepričavati kao uspjeh nezapamćenih razmjera.

Sviđa ti se članak?

Autor Marin Katušić

Područje interesa nedefinirano. Geek u procesu izrade.

Preporučeno

1 komentar

  1. roger mostar

    Lipanj 27, 2012 na 1:18 pm

    Ovo je izvrsna vijest. Sad će baterije u vibratorima biti doživotne.
    To što su “znanstvenici u laboratorijima” nabasali na nešto apsolutno ne znači da će to u dogledno vrijeme ili ikad biti dostupno na tržištu. Takve baterijske tehnologije postoje odavno i u uporabi su u vojnoj industriji i za specifične svemirske misije. Ali ih se ne može kupiti u trgovini, ne samo zbog cijene.

Komentiraj

Vaša adresa e-pošte neće biti objavljena. Nužna polja su označena s *

Možete koristiti ove HTML oznake i atribute: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>