Predstav si, že zapojíš mobil do nabíjačky a namiesto čakania na percentá vidíš, ako batéria rastie skoro okamžite. Nie je to sci-fi. Vedci zistili, že batérie založené na sodíku majú jednu vlastnosť, ktorú im doteraz málokto priznával. Vedia sa nabíjať rýchlejšie než klasické lítiové batérie. A dôvod nie je v softvéri ani v trikoch výrobcov, ale priamo v tom, čo sa deje hlboko vo vnútri batérie.
Kľúčom k tomuto prekvapeniu je nenápadný materiál s názvom tvrdý uhlík. Práve on rozhoduje o tom, ako rýchlo sa batéria dokáže „nadýchnuť“ energie, píšu vedci z tus.ac.jp, ktorý publikovali na túto tému štúdiu.
Lítium nie je problém. Problém je jeho dostupnosť
Lítiové batérie fungujú spoľahlivo a poznáme ich roky. Lenže lítium nie je niečo, čo by si mal svet v neobmedzenom množstve. Ťaží sa len na pár miestach, jeho cena rastie a dopyt po batériách exploduje.
Sodík je presný opak. Je lacný, bežný a nájdeš ho prakticky všade. Práve preto sa vedci už dlhšie snažia dokázať, že batérie založené na sodíku nie sú len núdzová náhrada, ale plnohodnotná alternatíva. Rozhodujúce slovo má pritom anóda, teda časť batérie, kam sa pri nabíjaní ukladajú ióny.
V sodíkových batériách túto úlohu plní tvrdý uhlík. Je plný drobných pórov a dutín, ktoré fungujú ako parkovacie miesta pre ióny sodíka. Čím rýchlejšie zaparkujú, tým rýchlejšie sa batéria nabije.
Prečo batérie vyzerali pomalšie, než v skutočnosti sú
Dlhé roky to vyzeralo tak, že sodíkové batérie sú jednoducho pomalšie. Problém však nebol v materiáli, ale v spôsobe merania.
Pri rýchlom nabíjaní vzniká v klasickej elektróde niečo ako hustá dopravná špička. Ióny sa tlačia k povrchu, elektrolyt ich nestíha dodávať a reakcia sa spomalí. Batéria potom vyzerá lenivo, hoci by zvládla viac.
Je to podobné, ako keby si chcel zistiť maximálnu rýchlosť auta, ale testoval by si ho v centre mesta počas zápchy. Výsledok by bol skreslený.
Keď ióny prestali stáť v zápche
Vedci preto zvolili netradičný prístup. Anódu „zriedili“ tak, aby medzi časticami tvrdého uhlíka vzniklo viac priestoru. Pomohli si materiálom, ktorý síce nereaguje, ale vytvorí okolo aktívnych častíc voľnejšie prostredie.
Výsledok bolo, že ióny mali dostatok miesta, nikde sa netlačili a konečne bolo vidieť, čo dokáže samotný tvrdý uhlík bez obmedzení.
A práve vtedy prišlo prekvapenie.
Sodík sa v batérii hýbe rýchlejšie než lítium
Ukázalo sa, že sodíkové ióny sa v tvrdého uhlíku pohybujú svižnejšie než lítiové. Inak povedané, dokážu sa rýchlejšie dostať na svoje miesto.
Vedci to overili výpočtom tzv. difúzneho koeficientu. Pre bežného človeka to znamená jediné. Čím vyššie číslo, tým rýchlejšie nabíjanie. A sodík v tomto porovnaní vyšiel lepšie.
Dokonca sa ukázalo, že rýchlosť sodíka v tvrdého uhlíku je porovnateľná s lítiom v grafite, ktorý dnes nájdeš v klasických batériách. To je moment, keď sa doterajšie predstavy začínajú rúcať.
Najväčšia brzda sa skrýva v drobných póroch
Zaujímavé je, že problém nie je v samotnom vstupe iónov do materiálu. Ten je pri oboch prvkoch veľmi rýchly. Skutočná brzda prichádza až neskôr.
V póroch tvrdého uhlíka sa ióny začnú zhlukovať do útvarov, ktoré sa správajú trochu ako kov. Tento proces si vyžaduje energiu. A tu má sodík opäť navrch.
Na vytvorenie týchto zhlukov potrebuje menej energie než lítium. V praxi to znamená rýchlejšie nabíjanie a zároveň menšiu citlivosť na teplotu. Batéria tak nemusí spomaliť ani v zime, ani v horúčavách.
Toto môže úplne zmeniť pohľad na batérie
Sodíkové batérie sa doteraz spomínali najmä ako lacnejšia možnosť. Teraz sa však ukazuje, že môžu ponúknuť aj niečo navyše. Rýchle nabíjanie a stabilnejšie správanie.
To je presne to, čo potrebujú elektromobily, rýchlonabíjačky či veľké batériové úložiská pre solárne a veterné elektrárne. Ak sa podarí ešte viac zrýchliť proces v póroch uhlíka, môže sa pomer síl výrazne zmeniť.
Možno sa tak blížime k momentu, keď si povieme, že batéria bez lítia nie je kompromis. Ale rozumná voľba.
