Nahradí baterie ze soli a papíru současné lithiové baterie?

• | Tisk |

Podrobnosti

Vytvořeno 13. prosinec 2009

Napsal Vlasta Stancová

Výroba baterií nemusí být složitá. Vědci z Uppsala University ve Švédsku vytvořili flexibilní baterii použitím dvou běžně dostupných levných součástí: celulózy a soli. Nová lehce dobíjitelná baterie má elektrody tvořené tenkými kousky papíru. Jako elektrolyt slouží papír nasáklý solným roztokem. Papírovou část tvoří slisované chomáčky spletených celulózových vláken. Laboratorní prototyp se navíc skládá ze skleněných destiček, mezi nimiž je baterie umístěna, a celé zařízení je zabaleno v hliníkové fólii.

Nová baterie v praxi

Jednoduchá baterie neznečišťující životní prostředí by mohla být použita v kompaktních zařízeních. Maria Strommová, vedoucí výzkumu, spatřuje uplatnění baterie při pohánění lékařských diagnostických zařízení, senzorů na obalových materiálech nebo zařízení zabudovaných do tkanin.

Běžné tenkovrstvé baterie používají pevné elektrolyty místo tekutiny nebo gelu a jejich elektrody bývají vyráběny z lithia v kombinaci s dalšími kovy, jako jsou nikl, kobalt nebo mangan. Nová „solno-papírová baterie“ může nahradit lithiové baterie v mnoha přístrojích s nízkým odběrem energie, jako jsou bezdrátové senzory, čipové karty, zdravotnické implantáty nebo autentizační prostředky jako RFID klíčenky. „Ve jmenovaných zařízeních je co nejmenší a nejtenčí baterie velkou výhodou,“ upřesňuje konzultantka u Frost & Sullivan Sára Bradfordová.

Klady versus zápory

Přednostmi nové baterie jsou nízká cena, snadná výroba a ekologická přijatelnost. „K výrobě těchto baterií nepotřebujete složité zařízení, mohly by se tak vyrábět i v rozvojových zemích,“ uvádí Maria Strommová.

„Tenkovrstvé baterie disponují i dalšími přednostmi. Mají dlouhou životnost, udrží si nabití i po několika letech skladování a mohou být nabity a vybity řádově desettisíckrát, což umožňuje, aby bezdrátové senzory mohly fungovat po desetiletí s jediným připojeným zdrojem energie,“ vyjmenovává výhody Raghu Das, CEO výzkumné společnosti IDTechEX.

Ovšem nová papírová baterie, o které informuje studie publikovaná v on-line vydání časopisu Nano Letters, má co dohánět lithiovou baterii především ve výkonu. Klasická baterie může dodávat 3 volty a má koncentraci energie od 200 do 300 miliwatthodin na gram. Oproti tomu papírová baterie dodává pouze 1 volt a může uložit pouze 25 miliwatthodin energie na gram. V případě, že poskytuje maximální proud, ztrácí 6 % své kapacity po sto dobíjecích cyklech. Strommová však zdůrazňuje, že tato čísla se vztahují k prvotnímu laboratornímu prototypu. Rovněž uvádí, že její tým už pracuje na baterii pro tisíc nabíjecích cyklů při nižším proudu. Spojením několika baterií dohromady a jejich zapojením do série je možné zvýšit voltáž.

Výhoda je v rychlosti

Papírové baterie mohou být také opětovně nabity mnohem rychleji než lithiové. Papírová elektroda, zodpovědná za udržování náboje, se dobíjí řádově v desítkách sekund. Na rozdíl od lithiových baterií, které se nabíjejí 20 minut. Přestup elektronů je u papírové baterie rychlý díky tomu, že je samotná elektroda tenká. „Kombinace velké kapacity a malé doby potřebné k nabití jsou unikátními vlastnostmi nové baterie,“ konstatuje Strommová.

Celulóza z vodních řas

Celulóza, kterou Strommová a její kolegové používají, pochází z vodní řasy. Buněčné stěny této řasy obsahují celulózu s nanostrukturou, která poskytuje stokrát větší povrch. Vědci pokryjí papír z  celulózy vodivým polymerem a následně mezi papírové elektrody vloží filtrační papír napuštěný solným roztokem. Tím, že chloridové ionty putují z pozitivně nabité elektrody k negativně nabité a elektrony cestují skrz vnější obvod, se vytváří elektrický proud.

Bradfordová říká, že nová papírová baterie je ve srovnání s dalšími tenkovrstevnými technologiemi v počátečních fázích výzkumu. „Aby baterie uspěla, musí být za dobrou cenu a musí být nastaven vhodný výrobní proces, přesto však bude vždy klíčovým aspektem výkon. Jestliže nepůjde o zásadní zlepšení vůči současným technologiím, stěží bude mít nová baterie potenciál uspět na trhu,“ hodnotí vyhlídky „solno-papírové baterie“ Sára Bradfordová.

Naopak Maria Strommová je přesvědčena, že si ekologická baterie najde své uplatnění.  Její komerční využití vidí v horizontu tří let.

Zdroj: PATEL, Prachi. A Salt and Paper Battery. Technology Review [on-line] <http://www.technologyreview.com/>