Nová generace baterií: Sodík s trochou lithia zdvojnásobuje kapacitu a snižuje závislost na drahých kovech

Vědci vyvinuli inovativní baterii, která kombinuje hojně dostupný sodík s výkonným, ale vzácným lithiem.

Vědci vyvinuli inovativní baterii, která kombinuje hojně dostupný sodík s výkonným, ale vzácným lithiem. Tato nová technologie, známá jako duální kationtová baterie, využívá oba ionty – sodík jako dominantní nosič náboje a lithium jako posilovač výkonu – k dosažení výrazně lepších výsledků než stávající sodíkové baterie.

Výzkum ukázal, že přidání malého množství lithiové soli do elektrolytu s převahou sodíku zásadně změnilo chování baterie. V testech s polovičním článkem se kapacita úložiště zhruba zdvojnásobila ve srovnání s ekvivalentní špičkovou sodíkovou baterií. Navíc si baterie udržela stabilitu až po 1 000 cyklech nabíjení a vybíjení při vyšších nabíjecích proudech, což je výrazné zlepšení oproti sodíkovým bateriím, které často selhávají po několika desítkách cyklů.

Za těmito výsledky stojí fascinující chemický tanec mezi lithiem a sodíkem. Lithiové ionty jsou menší než sodíkové, což jim umožňuje snadnější pohyb materiálem anody. Jejich pohyb pomáhá vytvářet hladší cesty pro sodík, snižuje „difuzní bariéru“ a umožňuje více iontům vstoupit do anody a uložit více náboje. Sodík zase pomáhá zabránit lithiu v uvěznění uvnitř materiálu po vybití, což udržuje reakci reverzibilní a zajišťuje vyšší kapacitu i stabilitu cyklů. V této harmonické souhře ani jeden iont nedominuje, ale vzájemně se doplňují.

Testy s plným článkem potvrdily slibný potenciál. Baterie si udržela 70 % kapacity po 200 cyklech, což je výrazně lepší než sodíkový elektrolyt, který začal selhávat po přibližně 50 cyklech. Sodík zůstává hlavním nosičem náboje, což zajišťuje, že systém je stále primárně sodíkovo-iontový. Tento průlom by mohl zásadně přispět k přechodu světa na čistou energii tím, že sníží závislost na drahých, vzácných a ekologicky problematických katodách bohatých na kobalt a nikl. Nový design využívá sodík s udržitelnější katodou ze sulfidu železa, což díky hojnosti těchto materiálů slibuje nižší náklady a snadnější škálování.

Přestože prototyp dosáhl úspěchu, čeká ještě mnoho práce. Anoda v současném prototypu je vyrobena z drahého germania. Dalším krokem je nahradit germanium levnějšími materiály, jako je křemík, který dokáže reverzibilně pojmout jak lithiové, tak sodíkové ionty a zároveň nabídnout vyšší kapacitu. Vědci také hledají katody schopné produkovat vyšší napětí. Již nyní zkoumají alternativní a udržitelné kombinace iontů, například lithium-hořčík a draslík-sodík, a experimentují s novými formulacemi elektrolytů. Tento výzkum otevírá vyhlídky na svět, kde telefony, automobily a dokonce i energetická síť budou čerpat energii z levných a hojných sodíkových iontů, jemně podporovaných špetkou lithia.