Vědci z Olomouce vyvíjení nadějnou technologii baterií s vysokým výkonem, stabilitou i dlouhou životností

• 15. 03. 2022
• Redakce

Nadějná technologie

Michal Otyepka z Českého institutu výzkumu a pokročilých materiálů – CATRIN Univerzity Palackého v Olomouci uspěl s grantem u Evropské výzkumné rady již podruhé. Na jednoletý projekt získal dotaci 150 tisíc eur.Výzkumníci tak nyní mohou připravit dostatečné množství nanomateriálu na bázi fluorografenu a ověřit jeho využití v lithium-sirných bateriích.

Podařilo se jim vyrobit nový nanomateriál pro výrobu lithium‑sirných baterií, které by v daném objemu uskladnily násobně větší množství energie, byly stabilní, levné, šetrné k životnímu prostředí a měly dlouhou životnost. „Vyvinuli jsme nový materiál pomocí modifikace grafenu pro výrobu elektrod v bateriích,“ říká Otyepka.

Vědci využili zkušeností s takzvanou 2D chemií a pravidly dvojrozměrného světa ultratenkých uhlíkových nanomateriálů a podařilo se jim vyvinout slibný sírou funkcionalizovaný grafen.  Grafen je supertenká forma uhlíku, která má unikátní vlastnosti – je velmi odolná, pružná a lehká,“ popisuje. Díky tomu se již dnes používá v mnoha průmyslových a technologických odvětvích, například v elektronice jako vodič.

„Tato jednoduchá metoda by mohla být velmi efektivní pro výrobu lithium-sirných baterií s vysokým výkonem, stabilitou i dlouhou životností. Tyto vlastnosti jsme prokázali v laboratorním měřítku a díky projektu budeme moci výrobní postup vylepšit a materiál ověřit při průmyslovém testování v reálných zařízeních,“ vysvětlil Otyepka.

Síra je šetrný, dostupný a levný materiál

Vědecký tým Michala Otyepky zkoumá různé modifikace grafenu, a to jak teoreticky, tak experimentálně. Nejvíce se zaměřují na fluorografen, který je svým chemickým složením velmi podobný teflonu. Fluorografen si lze představit jako uhlíkovou plástev medu – povrch z šestiúhelníků, ze kterého trčí nahoru nebo dolů fluory, kdy na každý uhlík je navázán pouze jeden fluor.

Fluorografenu jako stavebnice využili při přípravě nového materiálu pro výrobu lithium‑sirných baterií. „Baterie v podstatě tvoří dvě elektrody, mezi nimi je separátor a celé je to zalité roztokem, který vede elektrický proud. My jsme vyvinuli nový materiál elektrod,“ upřesňuje Otyepka.

Lithium-sirné baterie jsou jednou ze slibných možností, jak řešit rostoucí poptávku po energii. Síra je ekologicky šetrný, dostupný a levný materiál, baterie s jejím využitím se navíc obejdou bez toxických kovů, jako jsou nikl či kobalt. 

Nevýhodou síry dosud byla její nízká vodivost a rychlé snížování kapacity. „Mezi uhlíkovou páteří fluorografenu a sírou jsme vytvořili pevné vazby. Tím bráníme postupnému uvolňování síry při nabíjecích a vybíjecích cyklech. Materiál má vynikající výkon, vysokou kapacitu i velkou stabilitu. Pro praktické využití je příznivé i to, že vstupní surovina, běžně užívaný průmyslový lubrikant, je snadno dostupná,“ popsal další vědec Aristides Bakandritsos.

Do 5 let na trhu

Otyepku a jeho vědecký tým nyní ve spolupráci s firmou Farmak čeká ověření, že jsou schopni nový nanomateriál připravovat v dostatečném množství, aby byl následně použitelný pro průmyslovou výrobu.

„Pro průmyslové využití je ale potřeba výroba v mnohem větším měřítku. Chemie, a především nanomateriály jsou záludné – co funguje v miligramech, už ve sto gramech nemusí,“ vysvětluje fyzikální Otyepka.

Vědci z Olomouce jsou v současnosti v kontaktu se společnostmi, které o nový materiál pro výrobu elektrod mají zájem, například s německým start‑upem Theion.

„Výhodou je, že není třeba příliš měnit výrobní postupy. Výsledná baterie vypadá stejně, liší se jen materiál elektrod,“ upřesňuje Michal Otyepka. „Pokud nenastane nějaká komplikace a vše půjde podle plánu, do pěti let by baterie s naším materiálem mohly být na trhu.“