(Skladovanie vodíka bolo doteraz drahé, nebezpečné a energeticky náročné. Nová „batéria“ z Japonska a Číny ho dokáže uchovávať pri bežnej teplote a tlaku s účinnosťou viac ako 93 percent. Môže ísť o kľúč k masovému nasadeniu vodíkových áut a obnoviteľných zdrojov)
Skladovanie vodíka je jednou z najväčších prekážok na ceste k vodíkovej ekonomike. Plyn je totiž mimoriadne prchavý a jeho bezpečné uskladnenie si bežne vyžaduje buď obrovský tlak (350–700 atmosfér), alebo mrazivé teploty (-253 °C). To je drahé, energeticky náročné a na bežné použitie v autách či domácnostiach nepraktické.
Vedci teraz predstavili revolučnú alternatívu: vodíkovú batériu, ktorá funguje za oveľa miernejších podmienok. Výsledky dvoch nezávislých výskumov z Japonska a Číny naznačujú, že táto technológia by sa mohla stať praktickou už v dohľadnom čase.
Japonský prelom: Batéria, ktorá pracuje pri 90 °C
Vedci z Institute of Science Tokyo vyvinuli batériu, ktorá využíva hydridové ióny (H⁻) a dokáže ukladať vodík pri teplote iba 90 °C. Ide o výrazný pokles oproti starším systémom, ktoré potrebovali teploty od 300 do 400 °C.
Ako to funguje? Kľúčom je špeciálny pevný elektrolyt s názvom Ba₀.₅Ca₀.₃₅Na₀.₁₅H₁.₈₅. Tento materiál umožňuje hydridovým iónom ľahko prechádzať, a to aj pri izbovej teplote.
Batéria je skonštruovaná tak, že počas nabíjania sa z anódy (z hydridu horečnatého) uvoľňujú hydridové ióny, ktoré putujú elektrolytom ku katóde, kde sa menia na plynný vodík. Pri vybíjaní prebieha presne opačný proces.
Výsledok? V testoch batéria dosiahla plnú teoretickú kapacitu hydridu horečnatého, teda približne 2 030 mAh na gram, čo zodpovedá 7,6 % hmotnosti vo forme vodíka. Takúto hodnotu sa pri nízkych teplotách doteraz nikdy nepodarilo dosiahnuť.
Čínsky prototyp: 93 % účinnosť pri izbovej teplote
Takmer súčasne prišiel s podobným objavom aj tím z Dalianskeho inštitútu chemickej fyziky pod vedením profesora Chen Pinga. Vedcom sa podarilo uviesť do prevádzky prvý prototyp plynno-pevnej hydridovej iónovej batérie (g-HIB).
Ich zariadenie navyše funguje pri bežnej teplote a tlaku a dosahuje účinnosť až 93,9 %. Pre porovnanie, tradičné termálne metódy skladovania vodíka majú účinnosť o tretinu nižšiu. Batéria si zachovala viac ako 70 % kapacity aj po 60 nabíjacích cykloch a stabilne fungovala v teplotnom rozmedzí od -20 do 90 °C.
Vedci zostavili aj malý blok z desiatich článkov, ktorý dokázal rozsvietiť LED diódu. Podľa nich to dokazuje, že technológia je životaschopná a má potenciál na reálne využitie, napríklad v bezpilotných lietadlách.
Prečo ide o prelom? Vodík už nemusí byť len pod tlakom
Doterajšie technológie ukladané vodík buď ako stlačený plyn, alebo ako kvapalinu. Obe možnosti majú zásadné nevýhody. Stlačený vodík si vyžaduje pevné a drahé nádrže, zatiaľ čo kvapalný vodík potrebuje obrovské množstvo energie na chladenie.
Nové vodíkové batérie fungujú na princípe, pri ktorom sa vodík ukladá priamo do pevného materiálu, podobne ako sa energia ukladá v bežných batériách. To prináša zásadné výhody:
- Vyššia bezpečnosť – eliminuje sa riziko spojené s vysokotlakovými nádobami.
- Nižšie náklady – nie je potrebné drahé chladenie ani špeciálne tlakové nádoby.
- Vyššia účinnosť – pri ukladaní a uvoľňovaní vodíka sa stráca menej energie.
- Praktickejšie využitie – technológia sa stáva použiteľnou pre osobné autá aj domáce úložiská energie.
Objavy z Japonska a Číny tak otvárajú dvere k masovému využitiu vodíka ako čistého paliva – nielen v priemysle, ale aj v bežnom živote. Ako uviedol japonský výskumník Naoki Matsui, podarilo sa im vytvoriť „bezpečné a efektívne zariadenie na ukladanie vodíkovej energie“.