Kyslíko-iontové baterie: malý krůček pro velká úložiště?

Lithium-iontové baterie jsou dnes všudypřítomné – od elektromobilů po chytré telefony. To ale neznamená, že jsou nejlepším řešením pro všechny oblasti použití. Technická univerzita ve Vídni nyní uspěla ve vývoji kyslíko-iontové baterie disponující vybranými vlastnostmi, které rozhodně stojí za zmínku.

Přestože neumožňuje tak vysokou energetickou hustotu jako dostupná lithium-iontová baterie, její kapacita se v průběhu času nenávratně nesnižuje: lze ji “regenerovat”, což umožňuje extrémně dlouhou životnost.

Kyslíkovo-iontové baterie lze navíc vyrábět bez vzácných prvků a jsou vyrobeny z nehořlavých materiálů, což z ní dělá potenciálně vynikající řešení pro velké systémy skladování energie, například pro lokální ukládání elektrické energie z obnovitelných zdrojů.

Keramika, řešení budoucnosti?

Keramické materiály, které tým TU Vídeň studoval, mohou absorbovat a uvolňovat dvakrát záporně nabité ionty kyslíku. Když je aplikováno elektrické napětí, ionty kyslíku migrují z jednoho keramického materiálu do druhého, načež mohou být přinuceny migrovat zpět, a tím generovat elektrický proud.

Základní princip je ve skutečnosti velmi podobný lithium-iontové baterii, keramika ovšem není hořlavá, takže požární nehody, ke kterým opakovaně dochází u lithium-iontových baterií, jsou prakticky vyloučeny. Navíc k výrobě není potřeba prvků, které jsou drahé nebo se dají extrahovat pouze ekologicky škodlivým způsobem. V tomto ohledu je použití keramických materiálů velkou výhodou, protože se dají velmi dobře přizpůsobit –  jisté prvky, které je obtížné získat, lze nahradit jinými poměrně snadno.

Prototyp baterie prozatím stále používá lanthan – prvek, který není zrovna vzácný, ale ani úplně běžný. I ten má být časem nahrazen něčím levnějším a dostupnějším (výzkumy v této oblasti jsou v plném proudu). Kobalt nebo nikl, které se používají v mnoha bateriích, se u kyslíkové baterie nepoužívají vůbec.

Životnost: hlavní plus

Možná nejdůležitější výhodou nové technologie baterií je její potenciální životnost. U mnoha baterií je v současné době problém, že v určitém okamžiku se nosiče náboje již nemohou pohybovat, a pak už je nelze používat k výrobě elektřiny. Tím se kapacita baterie snižuje. A to se po mnoha nabíjecích cyklech může stát vážným, až nepřekonatelným problémem.

Kyslíkovo-iontovou baterii lze však bez problémů regenerovat – pokud dojde ke ztrátě kyslíku v důsledku vedlejších reakcí, lze ztrátu jednoduše kompenzovat kyslíkem z okolního vzduchu.

Individuálně? Ne. Jako halové úložiště

Nový koncept baterií ovšem není určen pro chytré telefony nebo elektromobily, protože kyslíko-iontová baterie dosahuje jen asi třetinové energetické hustoty, než na kterou je člověk zvyklý z lithium-iontových baterií, a navíc funguje při teplotách mezi 200 až 400 °C. Technologie je však nesmírně zajímavá pro skladování energie – představme si například velkou jednotku pro ukládání energie pro dočasné uložení vyrobené  solární nebo větrné energie.

Skladování energie by pak mohlo probíhat ve vyhrazené budově plné modulů pro ukládání energie, kde už nehraje nižší energetická hustota a zvýšená provozní teplota rozhodující roli. Naopak by vynikl hlavní klad baterie – dlouhá životnost, možnost výroby velkých množství baterií bez vzácných prvků a skutečnost, že u těchto baterií nehrozí nebezpečí požáru.