Průlomový koncept hořčíkové baterie slibuje levnější, dostupnější akumulátory

Václav Diopan - 02 Leden 2018

Spočítáme-li sumu vstupů pro výrobu Li-iontových baterií, jež by kompletně vytěsnily ropné produkty z pohonu dopravních prostředků, zjistíme, že na získání potřebného množství surovin pravděpodobně nebudou stačit známé přírodní zdroje.auto baterie magnesium mg hořčík

Výzkum nových typů baterií je dnes teprve na začátku a během následujících let se dočkáme mnoha zajímavých převratných novinek. Jednou z nich mohou být právě hořčíkové baterie.
foto:
cayrex2

Tuto a další slabiny spíše pro svoji vlastní duševní útěchu používají ti, kdo profitují z prodeje spalovacích motorů. Jejich názor poznamenává neochota vzdát se know-how dlouhodobě vyvíjených pístových pohonů, dovedených téměř k dokonalosti, a postavit se znovu na startovní čáru.

Oponenti si jsou minimálně navenek svým postojem jistí, avšak opomíjejí dynamiku vývoje. Co dnes nepřichází v úvahu, zítra bude samozřejmostí. Existují tři způsoby řešení nedostatku přírodního bohatství. Šetřit s ním, najít nová ložiska, nebo využívat jiné. První a zřejmě i druhý způsob pouze oddálí potřebu nalézt konečné řešení.

Z ekonomického a environmentálního hlediska nejvhodnější postup spočívá v použití jiných, méně vzácných prvků, které se podělí o roli ve skladování elektrické energie společně s lithiem.

Hořčík patří právě k těm prvkům, na které se sází. Splňuje téměř všechny představy o ideální náhradě. Hojné zastoupení v zemské kůře napovídá, že s jeho zásobami a cenou si nikdo starosti dělat nemusí.

Přemýšlet netřeba ani nad zápornou elektrodou. Lze ji vytvořit ve formě hořčíkové fólie, bez strachu z tvorby záludných dendritů. Elektrolyt je vhodné dál vylepšovat, ale ty stávající fungují.

Kritický bod představuje katoda, do jejíž vrstevnaté struktury se během vybíjení vkládají (interkalují) hořečnaté kationty. Vlastnosti žádného z doposud vyzkoušených materiálů nejsou slučitelné s požadavky na použitelnou baterii.

Až na jednu vyjímku rychle degradují při opakování procesu nabíjení a vybíjení. Nakonec i tu jednu jedinou výjimku omezuje příliš pomalá kinetika interkalační reakce a pro zachování alespoň nějakých parametrů, by bylo potřeba článek udržovat zahřátý na 60 °C.

Pomalý katodový děj vyvolávají dvě příčiny. První z nich je vysoká aktivační energie vyžadující přerušení silné vazby hořčík-chlor. Totiž náboj v halidových elektrolytech nese hořčík hlavně v podobě monochlorid hořečnatého kationtu (MgCl+) nikoli ve formě samotného hořečnatého iontu. Před vstupem do katody musí být chloridový protiiont z hořčíku odstraněn a interkaluje se samotný hořečnatý kationt.

Druhým limitujícím faktorem je extrémně pomalá rychlost pohybu hořečnatého iontu uvnitř katody vzhledem k silné elektrostatické interakci mezi atomy hosta a hostitele. Taktéž k zdárnému obsazování elektrody nepomůže vzájemné odpuzování dvojnásobně nabitých kationtů hořčíku mezi sebou.

V kontrastu s nepříznivou situací u vývoje kladné elektrody vyniká nedávno publikovaný příspěvek v Nature Communications, popisující průlomový článek s rychlou interkalační kinetikou a difuzí v katodě při pokojové teplotě, který navíc oplývá dříve nevídanou kapacitou a vynikající mírou snášení cyklů nabíjení a vybíjení.

Podstata či přínos ovšem nevězí v samotném složení katodového materiálu, nýbrž v obecném přístupu řešení problému a změně chápání, jak může interkalace probíhat. Hyun Deog Yoo hlavní autor z univerzity v Houstonu zapojil při zkoumání převratné katody do teoretické a praktické činnosti odborníky z dalších šesti amerických vědeckých institucí.

Badatelům se podařilo pozměnit sulfid titaničitý tak, že mezery mezi jednotlivými vrstvami zvětšili natolik, aby pojaly celý monochlorid hořečnatý kationt (MgCl+), což umožnilo nejen zbavit se nutnosti rozštěpit vazbu mezi chlorem a hořčíkem, ale rovněž to zajistilo volnější pohyb iontů v katodě, protože MgCl+ je méně elektrostaticky polarizovaný a zároveň má kolem sebe dost místa, čímž oslabuje koordinační vazba s atomy síry.

Jakým zásahem vlastně docílili tak jemné změny architektury materiálu? Překvapivě velmi jednoduše. Vědci sestavili kompletní Mg článek vybavený “obyčejným” sulfidem titaničitým. Do elektrolytu přidali ovšem něco navíc.

Chemický vzorec interkalačního činidla PY14+ (1-butyl-1-methylpyrrolidinium kationt)<br />

Chemický vzorec interkalačního činidla PY14+ (1-butyl-1-methylpyrrolidinium kationt)

foto: archiv autora

Organickou složku označenou zkratkou (PY14+). Ta se až během provozování článku interkaluje do katody. Objemný kationt PY14+ rozevře mezeru a zůstává v ní trvale uvězněn, přičemž podpírá patra sulfidu titaničitého jak sloupy antický chrám.

Aby monochlorid hořečnatý kationt pohodlně zapadl do katody, bylo třeba rozšířit vzdálenosti mezi vrstvami oproti běžnému stavu trojnásobně z 0,57 nm na 1,8 nm. Zato si elektroda vysloužila přívlastek "nanostrukturovaná".

Za zajímavé lze považovat to, že navzdory expanzi se jednotlivé vrstvy látky neodlouply a zachovaly si kompaktnost, jelikož podobnými metodami jsou připravovány 2D materiály, jakým je například grafen, který tvoří jedna rovinná síť hexagonálně uspořádaných atomů uhlíku.

Obrázek ukazuje postupnou expanzi sulfidu titaničitého vmezeřením organického iontu PY14+ a posléze i MgCl+.

Obrázek ukazuje postupnou expanzi sulfidu titaničitého vmezeřením organického iontu PY14+ a posléze i MgCl+.
foto: Nature Communications 8, Article number: 339 (2017), CC BY 4.0

Příjemně zní, že kapacita za zvýšené teploty byla stanovena na 400 mAh/g. Zůstane-li teplota pokojová, klesne velikost uchovaného náboje k hodnotě, která odpovídá katodovému materiálu komerčně produkovaných li-iontových baterií.

To se nemusí zdát jako velký pokrok. Nicméně rozdíl mezi energetickou hustotou nejnadějnějších předchůdců nového konceptu hořčíkového článku dokonale vystihuje slovní spojení dramatické zlepšení.

V současnosti je zbytečné uvažovat zda, a už vůbec ne, kdy čerstvě nabyté poznatky prokáží užitek. Pokud se tak stane, pravděpodobně to nebude v této konkrétní podobě, ale myšlenka expanzí modifikovaných materiálů pomocí interkalace organických kationtů vypadá slibně a může najít uplatnění při vkládání jiných vícemocných iontů (zinečnatých, vápenatých, hlinitých).

Literatura:
DOI: 10.1038/s41467-017-00431-9

Bonusové video: jak si vyrobit hořčíkovou baterii

vlastní
Zpět na HybridPřidat komentář
Zaregistrujte se a pište komentáře pohodlněji!

Nejaky baterky to neresi . Energii je treba skladovat v enzymech tak jak to dela lidske telo ...

Obrázek uživatele Jan Veselý

Enzym je katalyzátor. Tělo skladuje energii ve formě glykogenu a tuku.

Obrázek uživatele Krueger

Spis bilkoviny a lipidy, glykogen je jen pro kratkodobe vyuziti energie ze svalu a jater... ;-)

Já na tu baterku čekám cca 4 roky a dalších 40 asi budou čekat ostatní.
Z levné a progresívní baterie se za tu dobu stane zastaralá a nejdražší!
Jde o to vylákat z investorů peníze, nic víc nic míň.

---

Fanda do elektromobilů, také prodej, montáž a instalace nabíječek EV a Fotovoltaických elektráren.

Zatím vyrobím ze svých FVE víc něž spotřebuji doma, ve svém e-golfu a ostatní na mých nabíječkách, takže pokrytí spotřeby 100% OZE. Tak se snažte to alespoň dorovnat, já zase větším počtem svých stanic!
Nabíječky mám na EVmapa.cz - Rousínov, Pardubice, Bouzov, Moravská Třebová, Kroměříž, u Veselí nad Lužnicí, Bystřice pod Hostýnem, Karlovice u Bruntálu, Rýmařov, Ramzová, ..

Obrázek uživatele Krueger

To snad je jasny ze Horcik pise o horcikovych bateriich, kdyby to byl Sodik tak pise o sodikovych bateriich a bejt to Hlinik tak preci o Humpolci :-)

Obrázek uživatele Jan Horčík

Autorem článku je Václav Diopan. O Humpolci jsme ale skutečně psali, viz. E.ON spustil u Humpolce největší českou nabíjecí stanici pro elektromobily.

---

šéfredaktor Hybrid.cz

Zaregistrujte se a pište komentáře pohodlněji!

a co takhle nám toho Vaška Diazepanů představit dřív než ho sem jen tak nenápadně půstíte, páč přes ty přiblblý videoreklamy tahaný přes honduras vod dominikánů než se text načte si název autora sotva kdo všimne ;)

Zaregistrujte se a pište komentáře pohodlněji!

vyzkum novych typov baterii nie je na ziaciatku. minimalne od 60 rokov do 80 sa kde tu prezentovali rozne specialne napriklad vysokoteplotne a pod. akumulatory pre auta. Ale akosi sa potom zlahla zem a tvarime sa ze je to nove a na zaciatku.

Chemicky akumulator pre uchovanie a distribuciu je na prd. Preto existuju supravodive indukcne cievky ktore mozno nabit, skvapalnovanie plynov, zotrvacniky, ..

Tu nie je ziadna cesta, skratka limitovana zivotnost, a pomalé nabijanie, cize prenos do chemickeho akumulatora, premenou chemikalii.

pokial viem, tak ziaden novy fyzikalny objav nemame, prosto tu ide iba o udrziavanie pozornosti divaka, ja tomuto obdobiu po roku 2000 hovorim: hluche.

prvnich 6 odstavcu napsal blb, zbytek nejaky google translator. navic psat na hybridu o novych typech baterii je trosicku noseni drivi do lesa. i kdyz musim priznat, ze vzdy je s nadeji zacnu cist.... a s beznadeji hrdinsky doctu.

Děkuji za pochvalu. To snad ani nemuselo být. Do příště se budu těšit na vaše další urážky. Pozdravuje vás ten blb, co to napsal.

Zaregistrujte se a pište komentáře pohodlněji!

Máte štestí, že vás jenom "chválil". Von umí i vyhrožovat...

Tydlety zamindrákovaný maj ve všem hned jasno a přesně poznaj kdo je blb a kdo ne :)))

---

Každej nahrazenej spalovák se počítá - Leave the oil in the soil and the coal in the hole. - Sekám a vysávám na baterky.

Jak vkládat odkazy bez registrace. Stačí vložit mezeru www. link.com

"Existují tři způsoby řešení nedostatku přírodního bohatství. Šetřit s ním, najít nová ložiska, nebo využívat jiné."

Myslím. že hlavní způsob využívání je možnost maximální recyklace, tedy pokud je to energiticky únosné.
Současné olověné akumulátory jsou údajně recyklovány už z 95 %.

---

Každej nahrazenej spalovák se počítá - Leave the oil in the soil and the coal in the hole. - Sekám a vysávám na baterky.

Jak vkládat odkazy bez registrace. Stačí vložit mezeru www. link.com

Zaregistrujte se a pište komentáře pohodlněji!

Více než polovinu výroby z recyklace můžete mít nejdřívě u aut 8 let po dosažení vrcholu ve výrobě, čili nejdříve u lithia po roce 2040 i v případě dost velkého carsharingu.

Tak to je vrchol, vy si klidně použijete kradenou fotku s vodotiskem co už před váma ukrad nějakej jůtuber!!! Opravdu si nejsem 2x jistej esli se z toho vylžete jenom tím, že to ve zdroji hodíte na něj...
Fotobanka http://www.123rf.cz/ z vás musí mít radost.

---

Každej nahrazenej spalovák se počítá - Leave the oil in the soil and the coal in the hole. - Sekám a vysávám na baterky.

Jak vkládat odkazy bez registrace. Stačí vložit mezeru www. link.com

Zaregistrujte se a pište komentáře pohodlněji!

pochopte už že konceptů na nový baterky je dávno vymyšlených spoooousta, ale žádný nepřijde a nenahradí lajonky, protože doprodej spalovacích popelnic je nalajnována na desetiletí dopředu a mocní tohoto světa nedovolí nikomu je vodrbat vo kšeft ;) Je to statečné, ale naprosto zbytečné :))))))))))

kcc-hho.webnode.cz/supercharger/battery/

Zaregistrujte se a pište komentáře pohodlněji!

Měl bys mocné upozornit, že po světě už jezdí víc než 2 miliony elektroaut, ať s tím něco udělají. Na tebe oni dají.

Zaregistrujte se a pište komentáře pohodlněji!

na světě jezdí 1.000 miliónů autopopelnic ku 2 milionum elektrokár v roce 2017 tj 17 let po novým tisíciletí?? no tak to velká gratulace :)))))

auto.cz/na-planete-zemi-uz-vice-nez-miliarda-aut-60938

PS: šáde vyprodukovalo za jeden rok 2017 rekordních 1,5 MEGA autopopelnic ku 0 ks elektrokár, navrhni je na blahořečení :))))))))))))))))))

Zaregistrujte se a pište komentáře pohodlněji!

Maximálně negativní člověk, všechno je špatně, nic nemá cenu dělat,
tak jim to za flašku rozmluv, ať nic nedělají, že je to stejně
na h...o

Zaregistrujte se a pište komentáře pohodlněji!

ale vubec né, maximální legrace docela prdel a zábava u toho jak autobuzerantům mediálně roste z ostudy kabát :) Dyt už i Franta Diazepan pravdu vo nich ví :) A ty Víš o kom je řeč, nooo ty s protaženým ksich... laufem :)))))

Zaregistrujte se a pište komentáře pohodlněji!

Maximálně negativní člověk, všechno je špatně, nic nemá cenu dělat,
tak jim to za flašku rozmluv, ať nic nedělají, že je to stejně
na h...o

ak "vedci" vedia, stále to nestačí. teda stačí na powerpoint.
a žiaľbohu, generácie výskumníkov, konštruktérov z rokov keď sme za železnou oponou museli vedieť upliesť bič z hovna a plieskal hlasnejšie ako z remeňa (vada bola rozprach kúskov exkrementov, takže prizerajúci boli "pihovatí") je preč.
a dnešní "mladí a úspešní" sa potácajú ...

No boha a je to tady zase - další z mnoha průlomových článků o průlomových bateriích či akumulátorech.
Nevím proč autor používá v názvu oba názvy, přitom akumulátor vychází z baterie obecně. Baterie se dělí na akumulátorové a primární (takže buď dokážou akumulovat energii nabíjecím cyklem či nikoliv)
Dle mého je už název zavádějící!!

Nehledě na to, že takových alá laboratorních objevů se děje ve všech oborech denně a většina z nich nemají ani žádný význam.
Proč to sem dáváte nechápu, i když ono to může vypadat zajímavě, ale nic to neřeší bohužel :(

Zaregistrujte se a pište komentáře pohodlněji!

Článek jak na Apríla !

Zaregistrujte se a pište komentáře pohodlněji!

Jednoduché to nebude, ale dúfam, že sa to nakoniec podarí a bude to použitelné aj na iné nádejné kovy.
Držím palce.

Zaregistrujte se a pište komentáře pohodlněji!

Tento článek si vymyslel sám Hořčík, záměrně však uvedl jako autora jakéhosi Vencu Diazepana.
Hořčík, zvolna se probírající ze silvestrovské alkoholmánie, zatoužil po sebeoslavě - cítí se totiž být významným českým mediářem, nositelem těch nejlepších zpráv a ekologickým průkopníkem.
A jak je to v reálu?
O tom může být můj další příspěvek...

Zaregistrujte se a pište komentáře pohodlněji!

:))) Vencu Diazepana :))) ale jo na nový rok pobavilo ;)

+1

Buďte tak laskav a už žádný další příspěvek sem nepište. Hodíte se na Novinky nebo podobné žumpy. Tam najdete spoustu kamarádů, kteří vaše zvratky rádi pozřou.

Obsah tohoto pole je soukromý a nebude veřejně zobrazen.
Standardní nastavení volby "Zasílání upozornění na email" můžete nastavit na stránce svého profilu.
Ochrana proti nevyžádaným příspěvkům
Absolováním testu nám pomáháte bojovat proti SPAMu. Děkujeme.

EVMapa.cz - mapa nabíjecích stanicKariéra EVC GroupProdej pneu 100% onlineAutonabíjení.cz - vše pro Váš elektromobilBUS2BUSNabíječky elektromobilů Circontrol