Představa elektromobilů, které bez problému zvládnou přes 1000 kilometrů na jedno nabití a lehkých létajících vozidel už nepůsobí jen jako odvážné sci-fi. Podle japonských vědců z NIMS (National Institute for Materials Science) ve spolupráci s firmou Toyo Tanso se totiž podařil výrazný posun v technologii lithium-vzduchových baterií – tedy směru, který byl dlouho považovaný za problematický až neprůchodný.

Proč je lithium-vzduchová baterie tak velký slib?

Zatímco dnešní lithium-iontové akumulátory jsou závislé na „klasických“ elektrodách z materiálů, které baterii přidávají hmotnost, lithium-vzduchový koncept pracuje jinak: část reakce využívá kyslík z okolního vzduchu. A právě to je klíč – díky tomuto principu se teoreticky dá dostat k energetické hustotě až několikanásobně vyšší než u běžných Li-ion článků, v krajním případě se mluví zhruba o pětinásobku.

To je důležité nejen pro auta, ale i pro eVTOL stroje (elektrická letadla s vertikálním startem a přistáním), kde každý kilogram navíc bolí víc než kdekoliv jinde.

Problémy, které dlouho brzdily celý obor

Lithium-vzduchové baterie měly roky pověst technologie, která sice vypadá nádherně na papíře, ale v reálném světě naráží na zásadní limity. Nejčastěji se opakovaly tři:

– slabší výkon,
– krátká životnost,
– komplikovaná výroba ve větším měřítku.

Starší prototypy sice uměly ukázat energetickou hustotu okolo 500 Wh/kg (tedy zhruba dvojnásobek toho, kam se dostávají špičkové lithium-iontové články), jenže při delším používání nebo při snaze o škálování jejich schopnosti rychle degradovaly.

Co Japonci změnili: elektroda, která řeší „bolest“ lithium-vzduchu

Jádrem nového průlomu je odlišně navržená uhlíková elektroda. Má přesně řízenou poréznost a zároveň vyšší krystalinitu, což v praxi znamená, že její struktura lépe „vede provoz“ uvnitř článku: kyslík i lithiové ionty se mohou pohybovat plynuleji a zároveň se výrazně omezují vedlejší reakce, které dříve baterie ničily nejrychleji.

Výsledky prototypu a první krok k průmyslovému měřítku

Výzkumníci postavili funkční článek o rozměru 4 × 4 cm a ten si udržel stabilní chování i po více než 150 nabíjecích cyklech. Důležité je i to, že baterie zvládala provoz při vysoké proudové hustotě – a to je přesně parametr, který potřebujete pro prudkou akceleraci elektromobilu nebo pro vertikální start létajícího stroje.

Současně tým ukázal postup, jak vyrábět elektrody většího formátu (10 × 10 cm a více), což je jeden z hlavních předpokladů pro to, aby se podobná technologie vůbec dala jednou posunout z laboratoře do výroby.

Svět nespí: další směry zvyšují životnost, bezpečnost i výkon

Nejde ale jen o japonskou cestu. V zahraničí se objevují i jiné důležité posuny:

Některé týmy hlásí lithium-vzduchové články s pevným elektrolytem, které přežily přes 1000 cyklů. Výhoda? Konstrukce se vyhne hořlavým kapalným elektrolytům, takže roste bezpečnost a současně klesá hmotnost – zásadní kombinace hlavně pro letectví.

Jinde vědci zvýšili výkon řádově (mluví se až o desetinásobku) použitím porézních uhlíkových nanotrubiček, takže podobné baterie už zvládnou napájet i velmi lehké drony schopné viset na místě.

Kdy to uvidíme v praxi a co by to změnilo

Odhady odborníků často míří k horizontu zhruba 10 až 15 let, kdy by se nejvyspělejší verze těchto technologií mohly dostat do komerčního nasazení. Pokud se laboratorní výsledky podaří převést do reálných článků ve velkých formátech, dopad by byl obrovský:

– elektromobily by se dojezdem přiblížily autům na benzin a ztratily by „nutnost plánovat nabíjení“ jako hlavní téma,
– městská letecká doprava ve stylu létajících taxi by získala technický základ, který dnes chybí,
– lithium-vzduchové články by navíc mohly zhubnout i tím, že se obejdou bez některých těžkých struktur běžných u klasických baterií.

Důvěryhodnost novinky podtrhuje i to, že výstupy výzkumu vyšly v odborném časopise Cell Reports Physical Science – tedy na místě, kde se podobné „velké sliby“ musí opřít o tvrdá data, jinak neprojdou.