Protonové baterie – vážný a ekologický soupeř lithium-iontových baterií?

Vědečtí pracovníci z Melbournské univerzity RMIT poprvé demonstrovali funkční prototyp dobíjecí“protonové baterie“, která by mohla změnit způsob ukládání energie v domácnostech nebo elektromobilech. První neoptimalizovaný prototyp dosáhl srovnatelné energetické hustoty se současnými lithium-iontovými akumulátory. Baterie navíc využívá široce dostupné a levné materiály šetrné k životnímu prostředí, může se tak jednat o zásadní krok směrem k levnějšímu a ekologičtějšímu skladování energie.

Protonová baterie dle slov vědců z RMIT kombinuje to nejlepší z vodíkových palivových článků a akumulátorových baterií, používá materiály šetrné k životnímu prostředí a má potenciál dosažení vyšší energetické hustoty oproti současným lithium-iontovým akumulátorům.

„Náš nejnovější objev je rozhodujícím krokem k levným a udržitelným protonovým bateriím, které mohou pomoci uspokojit naše budoucí energetické potřeby bez dalšího poškozování našeho již křehkého životního prostředí,“ tvrdí vedoucí výzkumu, profesor John Andrews.

Za ukládáním energie šetrným způsobem k životnímu prostředí, navíc se slibnými parametry a potenciální ekonomickou výhodou stojí využití protonů vody a uhlíkové elektrody, objasňuje Andrews.

Nejnovější verze protonové baterie kombinuje uhlíkovou elektrodu, pro ukládání vodíku v pevném stavu, s palivovým článkem, který je reverzibilní, aby mohlo docházet i k dobíjení baterie.

„Využívání protonů má potenciál být ekonomicky výhodnější oproti použití iontů lithia, které jsou vyrobeny ze vzácných zdrojů. Uhlík, který je primárním zdrojem používaným v naší protonové baterii, je hojný a levný v porovnání s kovovými slitinami pro skladování vodíku a lithiem potřebným pro lithium-iontové akumulátory,“ uvádí Andrews.

Profesor John Andrews (uprostřed), Dr. Shahin Heidari (vlevo) a PhD student Saeed Seif Mohammadi. Zdroj: RMIT

Jak všě funguje?

Během nabíjení protony produkované rozkladem vody v reverzibilním palivovém článku procházejí přes buněčnou membránu a přímo se vážou se zásobním materiálem pomocí elektronů dodávaných aplikovaným napětím, to vše bez tvorby vodíkového plynu.

V režimu dodávky elektřiny je tento proces obrácen. Atomy vodíku se uvolňují ze zásobníku a ztrácejí elektron, aby se znovu staly protony. Tyto protony pak procházejí zpět přes buněčnou membránu, kde se kombinují s kyslíkem a elektrony z vnějšího okruhu, aby znovu vytvořily vodu.

Energetická hustota potenciálně vyšší než u současných li-ion baterií

Hlavní potenciální výhodou protonové baterie je mnohem vyšší energetická účinnost ve srovnání s běžnými vodíkovými systémy, což ji činí srovnatelnou s lithium-iontovými bateriemi. To je dáno eliminací ztrát spojených s vznikem plynného vodíku a jeho zpětné štěpení na protony.

Před několika lety tým RMIT ukázal, že protonová baterie s elektrodou z kovové slitiny pro ukládání vodíku by mohla fungovat, avšak schopnost reverzibility, potřebné pro nabíjení, byla příliš nízká. Také použitá slitina obsahovala prvky vzácných zemin, což baterii prodražovalo a činilo velmi těžkou.

Poslední experimentální výsledky nového prototypu ukázaly, že malá protonová baterie s aktivním vnitřním povrchem pouze 5,5 cm čtverečních byla schopna ukládat tolik energie na jednotku hmotnosti jako komerčně dostupné lithium-iontové baterie. To vše před optimalizací baterie. Bateriový článek využíval porézní uhlíkové elektrody vyrobené z fenolové pryskyřice a dosahoval maximálního napětí 1,2 voltu.

„Budoucí práce se nyní zaměří na další zlepšení výkonu a hustoty energie použitím tenkých vrstvených materiálů na bázi uhlíku, jako je grafen, s cílem vytvoření protonové baterie, která je skutečně konkurenceschopná s lithium-iontovými bateriemi,“ řekl Andrews .



5 odpovědí na Protonové baterie – vážný a ekologický soupeř lithium-iontových baterií?

  1. Milan Vaněček napsal:

    To může opravdu být disruptivní technologie, až se to dostane po dalších cca 20 letech do hromadné výroby. Iont vodíku je nejmenší možný iont, uhlíku je nadbytek, stejně jako křemíku pro fotovoltaiku, takže žádné omezení pro TW energetiku. Ale zatím je to jen prvý krůček, zatím Li ion baterie nic neohrožuje.

    • Josef napsal:

      proč za 20 let ? V tomto stavu už je to jen o konstrukci a testech – Tým 70 inženýrů Vám to do 2 let dostane na trh a nebo do půl roku zjistí že je to nepoužitelné.

      • Milan Vaněček napsal:

        Pane Josef, vím z reality výzkumu fotovoltaických článků že to nejméně tak dlouho trvá (těch 20 let).

        • Josef napsal:

          Jenže tady už je vymyšleno, pokud to funguje stačí to zlevnit a to je o optimalizaci tedy konstrukci a technologii výroby. Dejme tomu půl roku na optimalizační testy + základní vývoj výrobních linek, pak půl roku na doladění a prototypovou výrobu měsíc na předsériovou výrobu a dlouhodobé zkoušky . Samozřejmě potřebujete mnoho peněz a zkušené lidi , ale z principu to déle netrvá.

    • Hariprasad napsal:

      Chtěl bych být optimista, ale protože se nedostali ještě ani ke grafénu, tak to asi ještě opravdu dost potrvá. Od prvního prototypu k sériové výrobě je daleko. Teď budou zápasit s výrobou grafenu, pak vymýšlet, jak tam ty protony co nejlépe adjustovat (možná, že půjdou cestou růstu nanostruktur na síti grafenu – už se to taky zkoušelo), pak bude potřeba to stabilizovat, aby se to dalo replikovat a pak vymyslet, jak to vyrábět ve velkém. Tak asi 10 let, pokud budou prostředky.

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *