Vědci vyvíjejí pružné akumulátory, které lze vyrobit 3D tiskem
17.7.2020, Milan Šurkala, aktualita
Akumulátorů existují stovky typů a vědci se snaží přijít s vylepšeními pro ty stávající i úplně novými typy. V Singapuru a Číně zkusili vyvinout takové články, které lze vyrobit 3D tiskem a budou navíc pružné.
Vývoj akumulátorů budoucnost neutuchá a vědci v Singapuru (Singapore University of Technology) a Číně přišli s konceptem nových kvazi-solid-state článků. Ty využívají pevného elektrolytu (solid-state), nicméně dovolují rovněž ohýbání akumulátoru, což může být velmi důležité pro některá nasazení budoucnosti v pružné elektronice, např. u tzv. wearables. Další zajímavostí tohoto systému je i to, že k jeho výrobě dochází pomocí metody 3D tisku.
Nebylo to však jednoduché. Oxid grafenu je jedním z materiálů, který vypadá slibně, nicméně, aby vše fungovalo, je potřeba přidat ještě další součásti. Karbonové nanotubičky, ionty vápníku a nanovlákna celulózy umožní vytvořit adekvátně viskózní aerogel s grafenem, který lze použít pro 3D tisk. Pro dostatečné elektrochemické vlastnosti aerogelu (aby získal funkci akumulátoru) je však potřeba přidat ještě další sloučeniny, které ale obvykle negativně ovlivňují pružnost materiálu. Nakonec se jim povedlo najít kombinace, které vytvořily to, čeho chtěli dosáhnout. Pomocí nanokarbonového aerogelu a 3D tisku vyrobili základní strukturu, na níž umístili železité a niklové nanomateriály. V případě katody to byl síran nikelnatý, přičemž výsledkem byl vznik Ni(OH)2 na vytištěné struktuře. U katody to byl naopak dusičnan železitý a chlorid železitý. To vedlo ke vzniku αFe2O3 na vytištěné mřížce.
Výsledkem je akumulátor, který lze stlačit o 60 % a má i extrémně dobrou životnost. Dle vědců si po 10 tisících cyklech zachová 91,3 % původní kapacity. Pokud jde o hustoty, zda sice vědci hovoří s termíny "ultra-high", ale zde hodně závisí na tom, k čemu se to vztahuje. Ve vztahu k jiným pružným akumulátorům půjde asi o dobrá čísla, proti dnešním běžným akumulátorům už tomu tak nemusí být. Konkrétně jde o 28,1 mWh/cm3 a 10,6mW/cm3.
Abychom to uvedli do kontextu, tak např. bateriové moduly v Tesle Model 3 se 75kWh akumulátorem mají objem 184 litrů (objem celého akumulátoru je ale 335 litrů a objem samotných článků v modulech je pochopitelně naopak menší, asi okolo 60 %, tedy zhruba 105 až 110 litrů). S využitím těchto pružných článků by pak stejně velký akumulátor nabídl pouhé 3 kWh, nicméně zvládal by dodat přes 1150 kW.
Zdroj: phys.org, pubs.acs.org
