Baterie Lithium-Jód: Od kardiostimulátoru k elektromobilitě?

Baterie do kardiostimulátorů jsou osvědčeným zdrojem elektrické energie, díky svým specifickým vlastnostem se však nehodí pro jiná použití. To se však může změnit ve světle nového výzkumu využívajícího grafenu. Ten dává tomuto typu naději pro jejich použití v trakční technice a jiných náročných aplikacích.

Baterie v implantované elektronice

Před nástupem baterií na bázi lithium-jód byly implantáty vybaveny buď bateriemi s relativně krátkou výdrží a indukčním nabíjením a nebo rtuťovými a atomovými bateriemi.

Atomové baterie měly dlouhou životnost, avšak implantát se stal slabým radioaktivním zářičem, obsahoval totiž plutonium. První typ přišel na světlo světa v roce 1960, druhý pak o několik let později. Lithiové baterie se začaly používat v roce 1972.

Dnešní kardiostimulátory  disponují bateriemi s životností okolo pěti až deseti let. Pak je nutné je vyjmout a zavést nový implantát, ten lze zpravidla připojit na stávající elektrody a tím proces výměny značně zjednodušit.

Baterie Lithium-Jód

Baterie Lithium-Jód byly v aplikacích s malým odběrem elektrického proudu, například v kardiostimulátorech, historicky využívány pro svou dlouhou životnost. Jedná se o baterie bez kapalného, nebo gelového elektrolytu, což zvyšuje jejich bezpečnost, ale snižuje vodivost.

Katoda je tvořena jódovým komplexem se speciálními plastickými vinyly, který tak dokáže přijímat lithiové ionty. Elektrolyt je tvořen jodidem lithným (LiI), který umožňuje pohyb pouze lithiových iontů, nikoliv iontů jódu. Anoda je tvořena kovovým lithiem.

Nominální napětí bez zátěže je 3,1 V, v zátěži pak 2,8 V. Vnitřní odpor je velmi vysoký, hodí se tak pouze pro malé odběry proudu. Velká výhoda je, že pokud se baterie dostane do zkratu, nedochází k vývoji plynu, jako je tomu u jiných elektrochemických článků. Životnost je velice dlouhá, prakticky bez samovybíjení a baterie jsou velmi spolehlivé.

Slibný výzkum

Asijští vědci přišli na metodu jak zvýšit potenciál baterií na bázi lithia a jódu. Přimícháním grafenu dopovaného dusíkem do separátoru se jim podařilo vyvinout baterii, která se chová jako pseudo-kondenzátor, a zároveň má velice nízký vnitřní odpor.

Dosažené výsledky výzkumu jsou slibné. Články dosahují měrné kapacity 231 mAh na gram,  provozních proudů čítajících až 100 násobek kapacity a životnosti až 5000 cyklů. Dusík totiž zastává funkci katalyzátoru, a zvyšuje tak celkovou mobilitu nosičů náboje, a tím i celkovou vodivost.

Bohužel zatím ani zde není důvod k přehnanému optimismu. Výzkumy tohoto druhu často ukazují velké pokroky, které však k úspěchu na trhu nestačí. Komercializaci v tomto případě brání například vysoká cena grafenu a další faktory, jako jsou neexistující výrobní kapacity.

Nicméně je dobře, že vývoj jde stále dopředu a tak se možná dočkáme stejné převratné technologie jako byly Li-Ion akumulátory v době kdy světu vládly Ni-MH a Ni-Cd baterie.