Vylepšené baterie nabízejí šanci na bezpečnější elektroniku
Zmenšování, resp. ztenčování moderní elektroniky s sebou nese řady technologických výzev a jednou z nich jsou baterie. Ty se staly mj. jedním z kritických prvků nejen kvůli stále rostoucím nárokům na svou kapacitu, výkon a výdrž, ale i z bezpečnostního hlediska.
Akumulátory napájející malé elektronické přístroje, jako jsou tenké mobilní telefony nebo štíhlé tablety a notebooky, jsou většinou integrovány do přístroje a jejich konstrukce s použitím tradičních materiálů pro výrobu těchto článků je už prakticky na hraně technologických možností - a někdy už i za nimi. To se občas projeví v případě ne úplně ideálních podmínek, v nichž jsou tyto přístroje provozovány, jejich samovznícením.
Na problémy s hořícími či explodujícími bateriemi narazila už řada výrobců renomovaných značek, jako např. Dell, Apple či naposled HP, který stahuje na 50 tisíc baterií používaných v noteboocích prodávaných během posledních dvou let. „Legendárním“ příkladem se stal Samsung. Jeho vybuchující mobily (konkrétně model Galaxy Note 7) se dostaly dokonce jako parodický prvek do počítačové hry jako zbraň - místo ručního granátu může hráč vrhnout na nepřítele (s patřičnou explozí) zmíněný problematický smartphone... Což může být sice úsměvné, nicméně v praxi vedly tyto případy dokonce k tomu, že některé aerolinky zakázaly přepravu problémových zařízení na palubách letadel.
Konec problémů s vybuchujícími bateriemi?
Nyní svitla naděje, že by elektronika mohla být takovýchto problémů zbavena a moderní baterie se stát bezpečnějšími. Zasloužili se o to loni japonští výzkumníci z Tokijské university, kteří objevili způsob, jak tento problém pomoci řešit a riziku vznícení k požárům náchylných baterií zabránit. Do baterií využívajících organické elektrolyty (což je např. právě případ lithium-iontových článků používaných ve většině současných elektronických zařízení) implantovali chemickou látku, která dokáže riziko požáru eliminovat. Jak poukazují vědci, optimálním řešením je použití nehořlavého elektrolytu, ovšem vývoj takových baterií byl komplikován tím, že všechny dosavadní pokusy vytvořit nehořlavý elektrolyt byly zatím doprovázeny nežádoucím kompromisem v oblasti výkonu baterie. Projekt japonských výzkumníků využívá jako přidanou látku trimethylfosfát (TMP), který funguje nejen jako rozpouštědlo, ale působí zároveň i jako tzv. flame retarder neboli zpomalovač hoření. To však není jediná úprava, kterou baterie prodělaly: vědci rovněž zvýšili koncentraci soli v elektrolytu a snížili celkovou těkavost směsi a také zajistili, aby na anodách mohly být udržovány vysoké úrovně napětí.
Lepší než klasické Li-Ion články
Výsledky testů ukázaly, že upravený „nehořlavý“ akumulátor, pokud jde o základní parametry (celkovou výdrž s ohledem na nabíjecí cykly a degradaci, dobíjení atd.), nijak nezaostává za klasickými Li-ion články, a dokonce je v lecčem i předčí. Navíc se dokáže nabít během velmi krátké doby (vědci konkrétně dosáhli času 6 minut) a má i delší životnost v porovnání s běžnými články tohoto typu. Při testech bylo dosaženo spolehlivého vybíjení a nabíjení odpovídajícího tisícovce cyklů za rok bez výraznější pozorovatelné degradace. Je schopný spolehlivě fungovat dokonce až do doby, kdy jeho teplota dosáhne 150°C, přičemž při jejím výraznějším překročení, když během testů při vyšších teplotách baterie nakonec vzplanula, přidaný trimethylfosfát začal okamžitě fungovat jako vestavěný hasicí přístroj a spalovací reakci tlumil.
„Aplikací upravených elektrolytů na sodíkové a lithium-iontové baterie se podařilo dosáhnout vysoce stabilní reakci na vybíjení náboje jak u uhlíkových, tak u grafitových anod po dobu více než jednoho roku, což potvrzuje naši strategii pro vývoj bezpečného a dlouhodobě dobíjitelného článku," konstatují výzkumníci ve své zprávě. Tento přístup k navrhování bateriových elektrolytů lze podle nich rozšířit i na další rozpouštědla, která zpomalují hoření nebo jsou přímo nehořlavá. Nadějné výsledky by podle jejich vyjádření mohly otevřít cestu k bezpečnějším, vysoce stabilním článkům s vyšší energetickou hustotou.
356
