Nabít mobilní telefon za pouhé tři minuty a zajistit, aby jeho baterie vydržela dvakrát déle než ty současné, zní jako science fiction, ale skupina čínských vědců tvrdí, že se tomuto horizontu přiblížila.
Tým vedený Fengem Li z Čínské akademie věd zveřejnil své výsledky v časopise Journal of the American Chemical Society a popsal baterii, která je schopna dosáhnout energetické hustoty 451 Wh/kg, tedy 451 watthodin na kilogram. Tato hodnota vyjadřuje, kolik energie se vejde do každého kilogramu baterie, a funguje jako jakýsi ukazatel účinnosti: čím je vyšší, tím více „elektrického paliva“ je soustředěno v menší hmotnosti.
Proč je hustota energie důležitá?
Běžné lithium-iontové baterie, kterými je dnes vybavena naprostá většina mobilních telefonů, notebooků a elektromobilů, mají hustotu podstatně nižší. Dosažení 451 Wh/kg se v praxi rovná uložení mnohem většího množství energie, aniž by se zařízení zvětšilo nebo ztěžklo. Výrobci se již léta snaží tento ukazatel zlepšit a někteří z nich se vydali tou nejpřímější cestou: instalovali větší baterie, například do mobilních telefonů s kapacitou 10 000 mAh, které jsou již na trhu. Výzkumníci z Čínské akademie věd však tvrdí, že řešením nejsou větší baterie, ale účinnější baterie.
Polovodičové technologie: technologie, která stojí za tímto skokem
Tajemství průlomu spočívá v technologii pevných látek. Na rozdíl od tradičních baterií, které k transportu iontů mezi elektrodami používají tekutý elektrolyt, tyto baterie nahrazují kapalinu pevnými materiály. Tato změna není pouze kosmetická: zlepšuje stabilitu, snižuje bezpečnostní rizika a především umožňuje použití účinnějších chemických struktur. Liův tým dosáhl optimalizace transportu lithiových iontů, které jsou skutečnými nosiči energie uvnitř článku, a umožnil jejich rychlejší pohyb bez předčasné degradace systému.
A právě v tom spočívá nejpřekvapivější aspekt studie. Za normálních okolností je snaha o to, aby baterie dokázala uchovat velké množství energie a zároveň se nabíjela vysokou rychlostí, protichůdným cílem: zlepšení jednoho často funguje na úkor druhého. Čínský tým tvrdí, že se mu podařilo dosáhnout obojího současně, a to s dobou nabíjení pouhé tři minuty.
Co by to znamenalo pro dnešní mobilní telefony?
Stojí za to uvést konkrétní příklad. Telefon s baterií o kapacitě 5 000 mAh, což je dnes běžná kapacita, uchovává přibližně 18,5 Wh energie. Tyto miliampérhodiny ve skutečnosti měří elektrický náboj, nikoliv přímo energii, ale převedeny na watthodiny umožňují srovnání. Při hustotě 451 Wh/kg by se stejných 18,5 Wh vešlo do pouhých 40 gramů baterie.
Odborníci poukazují na to, že se tím otevírají dva stejně atraktivní scénáře. První: zachovat současnou velikost baterie a zdvojnásobit nebo dokonce ztrojnásobit výdrž zařízení. Druhý, právě opačný: zachovat stejnou výdrž baterie, ale drasticky snížit hmotnost a objem článku, čímž se uvolní místo pro další komponenty, jako jsou výkonnější procesory, lepší chlazení nebo fotoaparáty s kvalitnějšími objektivy.
Drobnost, která je ale důležitá
Než se necháme unést, je třeba opatrnost, která je nutná u každého průlomu v oblasti baterií. Všechny tyto údaje byly získány v laboratorních podmínkách. Skutečnou otázkou není, zda lze výsledku dosáhnout jednou, ale zda jej lze zopakovat stokrát či tisíckrát bez degradace, bez ohrožení bezpečnosti a za cenu umožňující průmyslovou výrobu. Tento přechod od laboratorní k sériové výrobě je historicky úzkým místem, které brzdilo mnoho podobných slibů.
Přesto je směr jednoznačný. Pokud se v bateriích budoucnosti podaří spojit vysokou hustotu energie s ultrarychlým dobíjením, půjde o transformaci, která zdaleka přesáhne mobilní telefony nebo elektromobily. Změní samotný způsob, jakým se vztahujeme k energii. Přestane být něčím, na co trpělivě čekáme, a stane se něčím, co jednoduše načerpáme během okamžiku.