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.

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 .