Baterie
Máš chytrý telefon? Tablet? Nebo třeba fotoaparát? Možná jej vlastní někdo ve tvé rodině či tví přátelé? Možná dokonce znáš někoho, kdo má elektromobil. Třeba i autobus, kterým jezdíš do školy, je na elektropohon. Je těžké si představit svět bez elektřiny a o životě bez užitečných elektrických zařízení, která máme neustále u sebe, jako jsou mobilní telefony, ani nemluvě.
Stále více spoléháme na přenosná elektrická zařízení, která jsou bezdrátová, a tudíž vyžadují použití baterií. Jak se technologie vyvíjejí a stávají se složitějšími, zvyšuje se i jejich spotřeba energie. Což znamená, že kdyby baterie zůstaly stále stejné, nevydržely by dostatečně dlouho – energie v nich uložená by byla rychle spotřebována energeticky mnohem náročnějšími zařízeními. Naštěstí se i naše porozumění fyzice, materiálům a chemii rychle posouvá kupředu a pomáhá nám navrhnout nové inovativní cesty, jak tuto narůstající poptávku po energii zvládnout.
V předchozích letech se odpovědí na potřebu sofistikovanějších a efektivnějších baterií stalo lithium. Fyzické a chemické vlastnosti baterií založených na kovové anodě z lithia je pro tyto účely předurčují (mají vysokou teoretickou kapacitu, nízkou hustotu a nízký elektrochemický potenciál). Nicméně stejně jako každá nová technologie i tato má určité problémy. V tomto případě jsou problémem dendrity (rozvětvené struktury), které se uvnitř baterie tvoří na kovové anodě. Kvůli nim klesá efektivita baterie, protože dendrity spotřebovávají elektrolyt. A navíc zvyšují riziko vzniku nebezpečných zkratů.
V IT4Innovations národním superpočítačovém centru se výzkumný tým Dominika Leguta snaží nalézt řešení těchto problémů. Jejich primární strategií je využít potenciál ochranných 2D filmů z materiálů jako grafén, fosforén, silikén a dalších. Požadovaným cílem je vytvořit 2D materiál, který je dostatečně odolný, aby zabránil růstu dendritů, ale současně umožňoval prostup lithiových iontů. Upravený grafén a další podobné 2D materiály tento potenciál mají.
Grafén
Druhou možností řešení je využití materiálů z lithiových slitin, například kombinace s cínem (Sn-Li), jako ochranných povlaků, které pomohou zabránit některým nežádoucím jevům. S využitím superpočítačů provádějí náročné matematické výpočty, jež pomáhají určit působení těchto experimentálních předpokladů na samotný výkon baterií.
Ačkoli tento výzkum probíhá prozatím v teoretické rovině, v budoucnu bude mít hluboký dopad na schopnost lidstva efektivně využívat drahocenné zdroje energie. Vyspělé technologie, jako je právě superpočítání, tento výzkum umožňují a výrazně urychlují.
