Toyota zkoumá hořčíkové baterie

Výzkumníci z Toyoty a z amerického Centra pro funkční nanomateriály CFN společně zkoumají nanostruktury a chemické reakce hořčíkových bateriových článků. Cílem je položit technické základy pro vývoj nové generace hořčíkových baterií.

Krystal hořčíku
foto: Warut Roonguthai, CC BY-SA 3.0

„Záležitosti ceny, výkonu, energetické hustoty a životnosti lithium-iontových zpomalily jejich zavádění ve velkých aplikacích, jako jsou elektrické nebo hybridní vozy,“ říká vědec Ruigang Zhang z Toyoty. „Dobíjecí hořčíkový bateriový systém je jeden z kandidátů, který nabízí větší dostupnost surovin na Zemi a větší hustotu energie – je však nutné dokončit nezbytný výzkum.“

Ionty hořčíku jsou schopny nést dvakrát větší náboj než ionty lithia. Uvažované hořčíkové baterie tak nejen, že dokáží uložit více elektrické energie, ale dokáží poskytnou i větší okamžitý výkon.

Problém je však životnost hořčíkových baterií. Během nabíjení a vybíjení se degraduje struktura elektrod a hořčíková baterie ztrácí velmi rychle svou kapacitu. Právě změny v nanostrukturách elektrod uvnitř hořčíkové baterie budou zkoumat vědci z Toyoty i CFN.

„CFN má kompletní sadu pozorovacích a analytických přístrojů,“ říká vědec Feng Wang z CFN. „S naší nově vyvinout zobrazovací technikou jsme schopni sledovat reakce hořčíku v reálném čase s rozlišením v nanometrech, což nám umožní pochopit, jak a proč se objevují strukturální vady ovlivňující výkon.“

Výzkumníci se zaměří na slibnou katodu slouženou z dutých kulových uhlíkových molekul, tzv. fullerenů. Baterie využívající popsanou katodu nabízí stály energetický výkon nebo rychlé nabíjení. Problém je však životnost způsobená strukturálními změnami na katodě v průběhu nabíjení/vybíjení.

„Bohužel naše předběžné výsledky rentgenové strukturní analýzy ukázaly materiálovou amorfizaci – ztrátu krystalické struktury – za provozu, což klade náročně požadavky na další strukturální vývoj,“ vysvětluje Zahn. „Nyní máme v plánu použít elektronový mikroskop v CFN pro studium struktury katody, zejména ke sledování chemických reakcí.“

Hořčík má mnoho výhod, je například snadno recyklovatelný a není toxický pro životní prostředí ani lidi. Hořčík je neobyčejně lehký. V porovnání s hliníkem je jeho hustota o 30 % nižší, a hmotností se tak vyrovná některým odlehčeným plastům.

Velkou roli hraje i snadná dostupnost hořčíku, je totiž šestým nejběžnějším prvkem v zemské kůře a vyskytuje se prakticky po celém světě v obrovském množství.

„Vyřešení problémů s hořčíkem otevře dveře pro jiné polyvalentní baterie, založené na kadmiu nebo hliníků, což může vytvořit další generaci baterií,“ uzavírá Zahn.

5 Comments on “Toyota zkoumá hořčíkové baterie”

Napsat komentář