Istraživački tim japanskog Nacionalnog instituta za znanost o materijalima (NIMS) predstavio je bateriju koja reagira na kisik iz zraka i teoretski bi mogla postići sličnu gustoću energije kao benzin. Ova takozvana litij-zračna baterija još je u povojima, ali njezin potencijal je ogroman. Istraživači izvještavaju da njihova nova ugljična membrana uklanja tri ključne slabosti prethodnih sustava – povećava performanse, vijek trajanja i stabilnost. Za proizvođače električnih automobila i sustava za pohranu energije ovo bi bio odlučujući korak naprijed.
U studiji znanstvenici objašnjavaju kako bi mogli bolje kontrolirati reakcije unutar baterije. U prethodnim testovima, nakon nekoliko ciklusa punjenja, dolazilo je do naslaga koje su utjecale na performanse.
– Struktura pora određuje koliko učinkovito kisik može reagirati – kaže Shoichi Matsuda, voditelj istraživačkog tima u NIMS-u. Zajedno s kolegama razvio je ugljičnu membranu koja sadrži sitne kanale različitih veličina. Novi raspored sićušnih kanala osigurava ravnomjeran protok kisika kroz materijal. Kao rezultat toga, kemijske reakcije teku mirnije, baterija radi stabilnije i gubi manje tekućine, koja je potrebna za izmjenu energije. To povećava gustoću energije, tj. količinu energije koja se može pohraniti po kilogramu.
Ugljik u elektrodama je snažno zagrijan, na oko 2100 stupnjeva Celzija. Ovom toplinskom obradom, atomi su formirani u čvršću, ravnomjerniju strukturu. To čini elektrodu otpornijom i izdržljivijom. Prema Arghyi Dutti, jednom od glavnih autora studije, toplinska obrada bila je ključna za značajno produljenje vijeka trajanja. U laboratoriju je nova baterija postigla odličnu inicijalnu trajnost. Šest malih elektroda, svaka veličine četiri puta četiri centimetra, moglo se puniti i prazniti 19 puta bez primjetnog smanjenja performansi. Tek na 20. punjenju napon je značajno pao.
– Naša testna ćelija pokazala je izvanrednu stabilnost za ovu ranu fazu razvoja – kaže Matsuda. Baterija je u testnoj vrećici dosegla gustoću energije od 130 Wh po kilogramu, otprilike dvostruko više od uobičajenih litij-ionskih baterija. U budućnosti, prema izračunima instituta, gustoća bi mogla porati na više od 700 Wh po kilogramu. Teoretski, maksimum je 11 000 Wh, što odgovara gustoći energije benzina.
Za razliku od litij-ionskih baterija, litij-kisikova tehnologija koristi kisik kao reaktant. Međutim, u eksperimentima kisik nije dolazio iz normalnog okolnog zraka, već je doveden na kontroliran način. Baterija ne sadrži rijetke metale poput kobalta ili nikla. To smanjuje troškove, smanjuje utjecaj na okoliš i smanjuje ovisnost o politički osjetljivim tržištima roba.
Unatoč napretku, put do serijske proizvodnje trajt će još neko vrijeme. Kisik je reaktivni element koji može izazvati neželjene nuspojave. Tim se sada usredotočuje na još bolju kontrolu kemijskih procesa i povećanje broja ciklusa punjenja.
