Dnešní baterie v mobilech obsahují lithium. To však časem koroduje a výkon baterie se zhoršuje. Po tisíci nabíjecích cyklech (při každodenním nabíjení to nejsou ani tři roky) může být kapacita na polovině původní hodnoty.
Vědci na Kalifornské univerzitě v Irvine místo lithia použili zlaté nanodrátky a s pouhými náznaky koroze (a tedy zanedbatelnou ztrátou kapacity) se dostali na 200 tisíc cyklů.
„Problém“ je, že vědci neví, proč má jejich článek tak unikátní vlastnosti. Vyrobili jej vlastně náhodou, když chtěli zdokonalit současný lithiový koncept. Místo tekutého elektrolytu použili gelový (PMMA) kvůli větší bezpečnosti a teplotní stabilitě. „Začali jsme cyklické testy a po několika týdnech jsme si začali uvědomovat, že tyhle baterie ne a ne zemřít. Ještě úplně nevíme, proč tomu tak je,“ říká profesor Reginald Penner, vedoucí projektu na UC Irvine.
Výrobní proces zlatých nanodrátků potažených oxidem manganičitým je bohužel velmi složitý a natolik drahý, že je k masové výrobě ještě velmi daleko.
Tým z Irvine použil zlaté nanodrátky potažené oxidem manganičitým. Klíčové je použití gelového elektrolytu – chrání nanodrátky proti korozi i mechanickému poškození vibracemi.
Koncept tedy máme. Zatím se ale nejedná o hotovou baterii. Vědci testují vlastnosti materiálů tak, že sestrojili článek o dvou katodách, které se vzájemně nabíjejí. Tím se cyklus zkrátí na minimum a testování trvá o několik řádů kratší dobu, než kdyby se testovalo na skutečné baterii, kterou je nutné nabít a vybít.
Platforma pro testování vlastností nové technologie. Tloušťka nanodrátku je kolem 35 nm.
„Je to jako přelévat vodu z jednoho kelímku do druhého. Po několik stovkách cyklů zákonitě něco rozlijete. My jsme udělali 200 000 cyklů a ztratili jsme jen 5 % vody,“ vysvětluje Penner na lehce srozumitelném příkladu.
I když je pro technologii potřebné jen velmi malé množství zlata, výrobu baterie by to zásadně prodražilo. Tým se tak snaží odhalit principy fungování a pak navrhne, kterým kovem zlato nahradit. Penner zmiňuje nikl.
Testují se nanodrátky různého průměru s manganičitým obalem různé mocnosti. Grafy ukazují, jak se liší hodnoty pro různé konstrukce chráněných nanodrátků.
V některých ohledech jako by tloušťka pláště nanodrátku vůbec nehrála roli, jiné veličiny naopak jasně ukazují rozdíly.
Tady je jasně zřejmé, jak opotřebený je po testech nanodrátek v běžném elektrolytu a jak jej ochrání gelový elektrolyt PMMA.
Znovu rozdíl mezi konvenčním a gelovým elektrolytem PMMA. Ani po 100 000 nabíjecích cyklech není nanodrátek chráněný gelovým elektrolytem tak poškozený, jako v konvenčním elektrolytu po dvou tisících cyklů.
Srovnání různých metod ochrany nanodrátků před korozí. Gelový elektrolyt PMMA jasně překonává konkurenci.
Toto je mikrografika opotřebení nanodrátků. Obrázky (c) a (d) ukazují výsledek po 5 000 cyklů v konvenčním elektrolytu, obrázky (d) ukazují PMMA po 100 000 cyklů.
Zdroj: ACS Energy Letters, via Popular Science
