LONDÝN – Voda a batérie zvyčajne nejdú dokopy. Vedci však tentoraz urobili presný opak toho, čo sa pri výrobe bežne robí – vodu z materiálu neodstránili. Výsledok ich prekvapil. Sodíkovo-iónová batéria dokázala uložiť takmer dvojnásobné množstvo náboja a navyše sa ukázalo, že podobná technológia by v budúcnosti mohla pomáhať premieňať slanú vodu na sladkú.
Lítium-iónové batérie dnes poháňajú smartfóny, notebooky či elektromobily a využívajú sa aj na skladovanie elektrickej energie. Lítium a niektoré ďalšie materiály potrebné na ich výrobu však môžu byť drahé a ich získavanie predstavuje environmentálnu záťaž. Vedci preto už dlhšie skúmajú alternatívu v podobe sodíka, ktorý je oveľa dostupnejší a nachádza sa napríklad v morskej vode či ložiskách soli. Problémom zostával najmä výkon sodíkovo-iónových batérií.
Ako informoval portál ScienceDaily, výskumníci z University of Surrey teraz prišli na prekvapivo jednoduchú úpravu, ktorá by mohla ich možnosti výrazne zlepšiť. Zistili, že materiál na báze sodíka funguje podstatne lepšie, keď v ňom ponechajú prirodzene prítomnú vodu. Výsledky výskumu boli publikované v odbornom časopise Journal of Materials Chemistry A.
Vodu z materiálu tentoraz neodstránili
Výskumníci skúmali materiál nazývaný nanostruktúrovaný hydrát vanadičnanu sodného (NVOH). Molekuly vody sú prirodzenou súčasťou jeho štruktúry, no pri výrobe batériových materiálov sa vlhkosť často považuje za nežiaducu a odstraňuje sa tepelným spracovaním.
Vedci sa rozhodli tento zaužívaný postup spochybniť. Namiesto odstránenia vody ju v materiáli ponechali a následne sledovali, ako ovplyvní jeho vlastnosti. Výsledok bol výrazný – materiál dokázal uložiť viac náboja, rýchlejšie sa nabíjal a spoľahlivo fungoval počas viac ako 400 nabíjacích cyklov.
Kapacita bola takmer dvojnásobná
V laboratórnych testoch dokázala verzia obsahujúca vodu uložiť takmer dvojnásobné množstvo náboja v porovnaní s typickými sodíkovo-iónovými materiálmi. Zaradila sa tak medzi najvýkonnejšie katódové materiály, aké boli pri tomto type batérií zaznamenané.
Vedúci autor výskumu Daniel Commandeur priznal, že výsledok vedcov prekvapil. Vanadičnan sodný je známy už roky, no výskumníci ho zvyčajne tepelne upravovali práve preto, aby sa vody zbavili. Nová štúdia ukázala, že v tomto prípade mohol zaužívaný postup odstraňovať práve zložku, ktorá materiálu pomáha.
Fungoval dokonca aj v slanej vode
Tým sa však experiment neskončil. Výskumníci následne materiál vložili do slanej vody, ktorá predstavuje pre batériové komponenty náročné prostredie. Môže totiž vyvolávať nežiaduce chemické reakcie a komplikovať pohyb iónov.
NVOH napriek tomu pokračoval v efektívnom fungovaní. Vedci si navyše všimli ďalší zaujímavý jav – systém začal z vody odstraňovať rozpustenú soľ. Sodíkový materiál zachytával sodík a grafitová elektróda chlorid.
Ide o proces známy ako elektrochemické odsoľovanie, pri ktorom sa pomocou elektrických reakcií odstraňujú z vody nabité častice soli.
Batéria by mohla vyrábať aj sladkú vodu
Práve tento výsledok otvára zaujímavé možnosti do budúcnosti. Vedci si predstavujú zariadenia, ktoré by dokázali plniť dve úlohy súčasne – ukladať elektrickú energiu a zároveň odsoľovať morskú vodu.
Teoreticky by tak napríklad systém napojený na solárne panely či veterné elektrárne mohol ukladať vyrobenú energiu a súčasne pomáhať produkovať sladkú vodu. Zaujímavé by to mohlo byť najmä pre pobrežné oblasti s nedostatkom pitnej vody, ktoré majú zároveň dobré podmienky na výrobu energie z obnoviteľných zdrojov.
Na využitie v praxi si ešte počkáme
Výskumníci však upozorňujú, že technológia je stále v počiatočnej fáze. Výsledky pochádzajú z laboratórnych experimentov a bude potrebný ďalší výskum, kým bude možné hovoriť o komerčných batériách alebo veľkých zariadeniach na odsoľovanie vody.
Objav však ukazuje, aký význam môže mať spochybnenie aj dlho zaužívaných postupov. V tomto prípade vedci namiesto pridania komplikovanej novej technológie jednoducho prestali odstraňovať vodu – a získali materiál s výrazne lepšími vlastnosťami. Ak sa výsledky podarí preniesť do praxe, sodíkovo-iónové batérie by v budúcnosti mohli predstavovať dostupnejšiu alternatívu k lítiovým technológiám a zároveň nájsť využitie aj pri získavaní sladkej vody.
