Sciencemag.cz
Doporučujeme
Draslík je mnohem levnější a rozšířenější než lithium, to ale platí i pro sodík. Jen tak vzít současné baterie a nahradit v nich lithium sodíkem naráží na řadu problémů. Co se pak týče draslíku, zde jsou nevýhody ještě zřejmější – kdyby jinak vše fungovalo jako u lithia, baterie by na jednotku hmotnosti musela nabízet mnohem nižší kapacitu, protože draslík je těžší. Větší ionty se také budou pohybovat pomaleji (to má dopad na příkon i na dobu nabíjení).
Draslíková baterie, jak ji navrhli na Rensselaer Polytechnic Institute a University of Maryland, je proto oproti Li-Ion modifikována. Lithium-iontové akumulátory mají dnes anodu z grafitu a katodu z oxidu kobaltu, zda je anoda přímo z draslíku (analogicky existují i pokusy, aby anoda byla přímo z lithia, uhlík se také zkouší nahradit křemíkem atp.). Baterie by díky tomu měla poskytovat konkurenceschopný výkon i hustotu energie/kapacitu. Kovové anody mívají problém s životností, chemické reakce zde vyvolávají růst vláken-dendritů, která mohou nakonec způsobit zkrat. Růst dendritů může také vést k mechanickému rozpadu elektrody, která se po rozpouštění už neobnoví v dostatečně kompaktní podobě.
Nový prototyp baterie počítá s tím, že při dostatečně rychlém nabíjení nebo velké zátěži bude baterie pracovat za vyšší teploty, při níž se dendrity tvořit nebudou, respektive se zase rozpustí. Nebo ještě jiné přirovnání: atomy draslíku se mají pohybovat asi jako hromady sněhu účinkem mírného větru, když se předtím vzniklé mechanické nerovnosti vyhladí.
Oproti lithiové elektrodě v obdobě baterie Li-Ion se prý draslík vyhlazuje mnohem snadněji, proces vyžaduje nižší teplotu a je proto (kromě jiného) bezpečnější zase s ohledem na riziko vzplanutí nebo rozkladu organického elektrolytu. Jeden z autorů výzkumu Nikhil Koratkar (Rensselaer Polytechnic Institute) uvádí, že obecně očekává posun k bateriím s kovovou anodou, ať už na dendrity nakonec vyzrajeme jakkoliv…
Prateek Hundekar el al., „In situ healing of dendrites in a potassium metal battery,“ PNAS (2020). www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1915470117
Rensselaer Polytechnic Institute/TechXplore.com
Poznámky PH:
Sodíkové (Na-Ion) baterie prozatím trpí hlavně nízkým výkonem a dlouhou dobou nabíjení, i když sodíková elektroda by mohla být řešením i zde.
Lithium např. reaguje s vodou poměrně spořádaně, sodík už značně divoce (viz populární experimenty). Nebudou pak zvlášť u draslíku příliš prudké i reakce s v organickém elektrolytu, větší riziko vznícení/výbuchu apod.?
Viz také: Sodíkové články jsou zatím jen prototypem
Jak si představit ono rozpouštění dendritů zahříváním? To si např. ještě před nabíjením (spolu s nabíjením?) uživatel pustí lehké zavaření smartphonu? Nebo zatíží baterii výkonově náročnou aplikací, aniž bude přitom telefon jinak užívat a někam ho odloží?
Nestrkal bych takové baterie do telefonů. Pokud je draslík a sodík levný a přitom mají tyto specifické vlastnosti, hodí se spíš do záložních bateriových komplexů, wallboxů nebo například do železniční dopravy. Tam vyšší váha nevadí a výkon je řádně kontrolován. Lithium bych ponechal mobilním aplikacím, draslík by se používal pro rychlé vyrovnávání výkonových špiček a sodík na dlouhodobé skladování (těžké ionty budou mít menší tendenci k samovybíjení baterie).