Nový akumulátor chce poslat lithium na smetiště dějin. Uhlíkové baterie můžou dát elektromobilitě nový impuls

"Náš akumulátor využívající vlastnosti uhlíkových nanotrubic je velmi tenký, ekologicky zcela nezávadný a bezpečný," uvedl pro server Phys.org vedoucí vývojového týmu Baohua Jia. "Naše práce dospěla tak daleko, že už jsme podali patentovou přihlášku a akumulátor nemá daleko ke komerčnímu využití." 

Až dosud prakticky všechny akumulátory pracovaly na chemickém principu, který je známý už dvě století – málo se ví, že první automobily poháněly právě tyto baterie a že rychlost 100 km/h poprvé překonal Belgičan Camille Jenatzy v elektromobilu roku 1899. Tehdejší akumulátory však byly málo účinné a těžké, takže elektrický pohon ze silnic brzy vytlačil spalovací motor. Současné lithiové akumulátory ale jsou velmi účinné a lehké, takže například dojezd vozů Tesla Model 3 na jedno nabití je bezmála 400 kilometrů. Sériová velkovýroba akumulátorů a otevírání nových ložisek lithia také povede k dalšímu snižování ceny.

Série požárů a explozí mobilních zařízení s lithiovými články však obrací pozornost i k stinným stránkám tohoto lehkého kovu. Je velmi reaktivní, takže akumulátor při poškození snadno vzplane, nebezpečí požáru hrozí i při zkratování. Některé letecké společnosti proto odmítají přepravovat zásilky baterií, většina zavádí přísná opatření také pro individuální dopravu zařízení s výkonnějšími akumulátory. Další problém představuje nerovnoměrné rozložení ložisek lithia. Doprava zvyšuje náklady na výrobu akumulátorů a drahé je i zpracování. Lithiové články navíc mají nízkou životnost (počet nabíjecích cyklů se počítá na stovky) a vyžadují speciální provozní režim i drahé bezpečnostní postupy při likvidaci a recyklaci.

Naproti tomu články, které vyvíjí tým ze Swinburne’s Centre for Micro-Photonic, pracují na principu takzvaných ultrakapacitorů, což jsou vlastně kondenzátory s velmi velkou kapacitou. Elektrická energie se v nich neukládá ve formě chemických vazeb jako u dosavadních baterií, ale – obrazně řečeno – se do nich nalévá jako voda do sklenice. Prvním takovým akumulátorem byla leydenská lahev, vynalezená a používaná vědci už v 18. století. Když však Alessandro Volta přišel s výkonnějším chemickým článkem, princip ultrakapacitorů byl téměř zapomenut. Používaly se jen tam, kde bylo třeba rychlé nabíjení a schopnost okamžitě podat vysoký výkon – právě to jsou největší přednosti ultrakapacitorů. K dalším patří dlouhá životnost (teoreticky až miliony nabíjecích cyklů).

Většímu rozšíření ultrakapacitorů bránila nízká kapacita a velké rozměry, to se ale začalo měnit s nástupem nanotechnologií. U dnes vyvíjených typů se energie ukládá v podobě náboje na uhlíkových nanostrukturách – a z toho plyne další výhoda oproti lithiu: uhlík je levný, všude dostupný a snadno recyklovatelný.

Do této kategorie patří i akumulátor vyvíjený vědci ze Swinburne’s Centre for Micro-Photonic. Jeho vývoj v rámci projektu BEST (BolT Electricity Storage Technology) společně financují australská společnost těžící grafit First Graphite Resources a melbournská technologická společnost Kremford Pty Ltd., projekt má také podporu australské vlády. Cílem je dovést technologii na komerčně využitelnou úroveň.

"Vyrobit funkční prototyp tenké, lehké a výkonné baterie na bázi uhlíkových nanovláken zvládneme za pár týdnů, ale o to nám nejde," konstatoval Kieran Harford z Kremford Pty Ltd. "Na rozdíl od jiných projektů je naším primárním cílem dospět ke komerčně využitelnému akumulátoru a levným výrobním postupům. Uhlíková technologie má potenciál poslat drahé, nebezpečné a ekologicky problémové chemické akumulátory do historie."