Batérie
Máš múdry telefón? Tablet? Alebo napríklad fotoaparát? Možno ho vlastní niekto z tvojej rodiny alebo tvojich priateľov? Možno dokonca poznáš niekoho, kto má elektromobil. Napríklad aj autobus, ktorým jazdíš do školy, je na elektrický pohon. Je ťažké predstaviť si svet bez elektriny a o živote bez užitočných elektrických zariadení, ktoré máme neustále pri sebe, ako sú mobilné telefóny, ani nehovoriac.
Stále viac sa spoliehame na prenosné elektrické zariadenia, ktoré sú bezdrôtové, a teda vyžadujú použitie batérií. Ako sa technológie vyvíjajú a stávajú sa zložitejšími, zvyšuje sa aj ich spotreba energie. To znamená, že keby batérie zostali stále rovnaké, nevydržali by dostatočne dlho – energie v nich uložená by bola rýchlo spotrebovaná energeticky omnoho náročnejšími zariadeniami. Našťastie sa i naše chápanie fyziky, materiálov a chémie rýchlo posúva dopredu a pomáha nám navrhnúť nové inovatívne cesty, ako tento narastajúci dopyt po energii zvládnuť.
V predchádzajúcich rokoch sa odpoveďou na potrebu sofistikovanejších a efektívnejších batérií stalo lítium. Fyzické a chemické vlastnosti batérií založených na kovovej anóde z lítia ho pre tieto účely predurčujú (má vysokú teoretickú kapacitu, nízku hustotu a nízky elektrochemický potenciál). Avšak rovnako ako každá nová technológia, aj táto má určité problémy. V tomto prípade sú problémom dendrity (rozvetvené štruktúry), ktoré sa vo vnútri batérie tvoria na kovovej anóde. Kvôli nim klesá efektivita batérie, pretože dendrity spotrebovávajú elektrolyt. A navyše zvyšujú riziko vzniku nebezpečných skratov.
Gafén
V IT4Innovations národnom superpočítačovom centre sa výskumný tím Dominika Leguta snaží nájsť riešenie týchto problémov.
Ich primárnou stratégiou je využiť potenciál ochranných 2D filmov z materiálov ako grafén, fosforén, silikén a ďalších. Požadovaným cieľom je vytvoriť 2D materiál, ktorý je dostatočne odolný, aby zabránil rastu dendritov, ale súčasne umožňoval priestup lítiových iónov. Upravený grafén a ďalšie podobné 2D materiály tento potenciál majú.
Druhou možnosťou riešenia je využitie materiálov z lítiových zliatin, napríklad kombináciou s cínom (Sn-Li), ako ochranných povlakov, ktoré pomôžu zabrániť niektorým nežiaducim javom. S využitím superpočítačov vykonávajú náročné matematické výpočty, ktoré pomáhajú určiť pôsobenie týchto experimentálnych predpokladov na samotný výkon batérií.
Aj keď tento výskum prebieha zatiaľ v teoretickej rovine, v budúcnosti bude mať hlboký dopad na schopnosť ľudstva efektívne využívať drahocenné zdroje energie. Vyspelé technológie, ako je práve superpočítanie, tento výskum umožňujú a výrazne urýchľujú.
