Jsou takřka všude, v mobilních telefonech, přenosných počítačích, vesmírných družicích a stále častěji i v automobilech. Ne, řeč není o škodlivých mikrobech nebo virech, ale o dobíjecích bateriích. Bez nich se již moderní společnost takřka neobejde. A s přibývající spotřebou rostou i nároky spotřebitelů na jejich hmotnost, schopnost držet co nejvíce energie, rychlost dobíjení a na jejich cenu. Vývoji se v posledních letech věnuje stále více vědeckých týmů. Mají pro to velmi dobrý důvod. Velké automobilky, respektive jejich nově vyráběné elektromobily, se bez vysokokapacitních a levných akumulátorů jen těžko prosadí proti vozům s klasickými spalovacími motory. Šéfové automobilek si jsou této skutečnosti dobře vědomi, a tak neváhají na výzkum přispívat miliardami dolarů.
Li-ionová klasika
Současné bádání se ubírá dvěma směry. V tom prvním se vědci a jejich týmy snaží zdokonalit aktuálně nejpoužívanější typ – lithium-iontové akumulátory. Jinde se odhodlali klasiku opustit a hledat bateriové řešení i v netradičních materiálech, třeba papíru.
Začněme lithiovými bateriemi. S těmi prvními, které ještě nebylo možné znovu nabít, začal experimentovat již v roce 1912 americký chemik G. N. Lewis. Příliš úspěšný nebyl. První li-ion baterie se staly komerčně dostupnými až o pár desítek let později, v roce 1970, ani ty se však nedaly dobíjet. Mírný posun přišel v osmdesátých letech minulého století, kdy se výzkumníkům podařilo vyrobit první li-ion články, které bylo možné po vybití opět nabít. Jenže při jejich užívání bylo vhodné navléci si ochranný oblek a přilbu, protože velmi často explodovaly. Obrat nastal teprve poté, co nestabilní lithium nahradila v bateriích sloučenina kysličníku lithia a kobaltu.
První neexplodující li-ion akumulátory uvedla na trh v roce 1991 společnost Sony. Kdysi komerčně úspěšná novinka, které se po světě prodaly miliony kusů, už je ovšem dávno za zenitem. Vývoj totiž letí nezadržitelně kupředu a stále výrazněji se v něm prosazují nanotechnologie. Třeba výzkumný tým Rensselaerského polytechnického institutu ve státě New York vyvinul zcela nový nanomateriál, který by měl v budoucnu umožnit výrobu rychlonabíjecích akumulátorů. Materiál pojmenovaný nanoscoop snese vysoké rychlosti nabíjení, což je pro pokrok velmi důležité. Důvodem je, že současné lithium-iontové baterie mají zásadní nedostatek: čím rychleji se dobíjejí, tím rychleji ztrácejí schopnost udržet energii. A to má změnit nanoscoop.
Materiál vyrobený z uhlíku, hliníku a křemíku, který pod mikroskopem vypadá jako kopeček zmrzliny, je mnohem odolnější a lze jej nabít až šedesátkrát rychleji. Profesor Nikhil Koratkar, jenž vedl tým, který na polytechnickém institutu nový materiál vyvinul, je přesvědčen, že nová technologie má velký potenciál pro uplatnění v praxi. „Nabít notebook či mobilní telefon za pár minut je mnohem lepší než čekat třeba hodinu,“ uvedl v tiskové zprávě institutu Koratkar. Nanoscoop podle profesora snese i náročné technické požadavky, jaké vyžadují elektromobily.
Čekání na injekci
O výraznější zápis do vývoje li-ion akumulátorů usilují rovněž Češi, respektive společnost HE3DA, již vlastní známý český badatel Jan Procházka. Vědec, který se nanotechnologiím věnuje od roku 1997 a pracoval kromě jiného na projektech financovaných americkou vesmírnou agenturou NASA, přišel s revolučním řešením. S pomocí nanotechnologií zkonstruoval místo dnešní 2D takzvanou 3D baterii. Jinak řečeno, přenesl konstrukci do dalšího prostoru. Zatímco normální 2D akumulátory využívají plát fólie s naneseným aktivním materiálem, který se postupně skládá, Procházkou navržené baterie je možné produkovat v průmyslových lisech. A kvůli až stokrát vyšší tloušťce elektrod je možné upravovat jejich tvar dle přání odběratele, mají vyšší kapacitu a jsou mnohem levnější. A to až trojnásobně v porovnání s konkurenčními lithium-ion bateriemi.
To vše i díky použití běžně dostupných materiálů – lithia, hliníku, mědi, uhlíku a keramických oxidů. „Baterie pracuje mnohem lépe ve vysokých teplotách, než jsou schopny 2D baterie. Neobsahuje kromě elektrolytu organické látky, je bezpečnější a podle typu aktivních materiálů může dlouhodobě operovat při teplotě nad 80 stupňů Celsia,“ tvrdí HE3DA na svých internetových stránkách. 3D baterie má ovšem také nevýhody, a to především dlouhou dobu dobíjení, která se pohybuje kolem 24 hodin. Na odstranění tohoto hendikepu se ale prý již pracuje. Společnost HE3DA musí přesto vyřešit ještě jeden problém: pro další nákladný výzkum a případně rozjezd průmyslové výroby musí nalézt finančně silného partnera.
Diamantová kovadlina
Jenže konkurence ve vývoji je velká. Některé výzkumné týmy opustily tradiční li-ion technologie a hledají pro výrobu akumulátorů zcela nové technologie. Třeba vědci z Washingtonské univerzity v polovině loňského roku oznámili, že chtějí vyvinout takzvanou superbaterii, která prodlouží dojezdovou vzdálenost elektromobilů o stovky kilometrů. K tomu má pomoci využití fluoridu xenonatého. Materiál vyráběný s pomocí speciální diamantové kovadliny, jež je schopna vyvinout tlak až milion atmosfér (podobný je v zemském jádru), dle profesora chemie zmíněné univerzity Choong-Shing Yooa představuje nejzhuštěnější formu energie vyjma jaderné. „Jedná se teprve o základní výzkum,“ tvrdí však profesor.
Pro výrobu akumulátorů budoucnosti nicméně není vždy nutné hledat speciální materiály a mlátit do nich na diamantové kovadlině. Vědci konkurenční Stanfordské univerzity vyrobili dobíjecí baterii s pomocí unikátního inkoustu a papíru. Inkoust, který obsahuje speciální nanotrubičky a nanodrátky, se nanese na papír a vypálí v peci. Vznikne velmi lehká, a přitom vysokokapacitní baterie. Tu lze dle potřeby deformovat, aniž by se poškodila.
Podobných výzkumných projektů jsou ovšem desítky a neuplyne měsíc, aby některý z vědeckých týmů neohlásil nový objev. Zatím se vědci shodují hlavně na tom, že akumulátory vyrobené z netradičních materiálů si na svoje komerční využití budou muset ještě několik let počkat. Do té doby budou stále nejpoužívanější ty se zkratkou li-ion.
Samodobíječka
Došla vám baterka v televizním ovladači? Jste líní, nechcete vstát a ze skříně vyndat novou? Nevadí, stačí když přístrojem budete jen pár vteřin třást. Zatím je to fikce, ale za pár let možná realita. Společnost Brother Industries totiž vyvinula nový typ samodobíjecích baterií, které obsahují miniaturní generátor a kondenzátor. Zařízení vměstnali do obalů od AA a AAA baterií. Zařízení je sice možné použít jen v přístrojích s nízkým napájením, postupem času by se měl ale výkon baterií zvětšit.
