Pokus - Vyrob si doma vlastní baterii

Ač se nad tím příliš nezamýšlíme, baterie jsou nyní nepostradatelnou součástí našich životů. Nacházejí se totiž v mnoha zařízeních, kterými se denně obklopujeme. Od svých prvních pokusů v 19. století sice již ušly pořádnou cestu, nicméně velké výzvy je stále ještě čekají.

Dej si na chvíli od programování pauzu a užij si zábavu u fyzikálního pokusu při výrobě vlastní baterie. Zvládneš to i ze surovin, které bez problému najdeš u sebe doma. Návod si můžeš přečíst ve druhé části textu.

První baterii sestrojili před více než 200 lety

Na počátku baterií stojí experimenty bystrého italského fyzika Luigiho Galvaniho, který zkoumal stahující se stehenní svaly mrtvých žab při zásahu statickou elektřinou. Galvani se díky tomu domníval, že existuje něco jako živočišná elektřina. Až další italský fyzik Alessadro Volta objevil, že elektřinu může vyrobit reakcí kovů, a následně v roce 1800 sestavil svůj první elektrický článek. A právě na Voltovy narozeniny, tedy 18. února, se slaví mezinárodní den baterií.

Dnes již existuje mnoho různých druhů baterií, které se liší svou velikostí i použitými materiály. Mezi nejpoužívanější typy patří zinko-uhlíkové, zinko-chloridové, alkalické nebo lithiové. Využití lithiových baterií je hodně široké, v posledních letech se však velmi často zmiňují v kontextu elektrických automobilů, které by se mohly stát náhradou našich současných vozidel se spalovacím motorem.

Před několika dny totiž Europarlament definitivně schválil povinnost nulových emisí aut od roku 2035. To znamená, že od tohoto roku nebude možné si pořídit ve státech Evropské unie automobil na benzín či naftu. Některé prestižní automobilky jako Audi nebo General Motors také již oznámily svůj záměr do určitého roku oslabit či úplně zastavit výrobu aut poháněných benzínem. Dle agentury BloombergNEF budou do roku 2040 až dvě třetiny světového prodeje osobních automobilů na elektrický pohon.

Problémy s lithiem

Právě elektromobily v současnosti často pohání lithiové baterie, s čímž se ale pojí dva zásadní problémy. První z nich je nedostatek materiálu. Výzkum U.S. Geological Survey zjistil, že se na Zemi v současnosti nachází asi 88 milionů tun lithia. To je sice množství, které by mohlo stačit pro rozsáhlé rozšíření elektrovozidel, velkou komplikací je však jeho dostupnost. Odhaduje se totiž, že pro těžbu je ekonomicky smysluplná asi pouze čtvrtina všech zásob lithia. Zprovoznění nových dolů navíc trvá velmi dlouho.

Druhým zásadním problémem je potom ekologická stránka lithiových baterií. Ty se totiž velmi obtížně recyklují. Zároveň při těžbě lithia dochází k obrovské spotřebě vody. Dle dat BBC je na jednu tunu lithia nutné vynaložit přes 2,2 milionů litrů vody. V místech jeho těžby v Chile navíc silně ubývá vegetace, a také dochází ke zvyšování denních teplot.

Ačkoliv tedy elektromobily během svého používání šetří přírodu, protože nevypouštějí škodlivé plyny, výroba jejich baterií způsobuje značnou ekologickou stopu.

Snaha o nalezení zeleného řešení

V posledních letech se proto vědci pokoušejí přijít na šetrnou recyklaci lithiových baterií nebo jejich kompletní nahrazení. Například baterie vyrobená profesorkou chemického inženýrství na Texaské univerzitě Jodie Lutkenhaus se skládá pouze z organických látek, a tudíž je její rozklad jednodušší. „Baterie, které degradují doslova na povel, mohou zjednodušit nebo minimálně snížit překážku recyklace. Nakonec by tyto zrecyklované produkty mohly být přetvořeny zpět na úplně novou baterii. Tím by se uzavřel kruh životního cyklu těchto materiálů,“ vysvětlila Lutkenhaus.

I tuto inovativní baterii však ještě čeká řada výzev. Materiály potřebné k jejímu vytvoření jsou totiž velmi drahé. Navíc je nutné, aby se ještě přizpůsobily energeticky náročným zařízením, jako jsou právě elektromobily.

V následujícím článku si pak můžeš přečíst o další ekologické alternativě baterií. Společnost Power Japan Plus před pár lety vytvořila nový typ akumulátorů, ve kterém anodu i katodu tvoří uhlíková vlákna vyrobená z přírodní bavlny. Jejich výhodou je, že vydrží více než 3000 nabíjecích cyklů, mají větší kapacitu a nabíjí se až 20krát rychleji. Navíc jsou plně recyklovatelné.

S efektivním řešením pro uskladnění většího množství energie přišla v roce 2022 také finská elektrárna Vatajankoski, která představila první komerčně vyráběné pískové baterie na světě. Písek je totiž velmi účinné a ekologické médium pro udržení tepla a uchovávání energie. Baterie je umístěna v 7 metrů vysokém ocelovém kontejneru, v němž se nachází asi 100 tun stavebního písku. Ten se poté pomocí elektřiny vyrobené z větrných turbín a finských solárních panelů ohřeje na teplotu 600 °C, čímž se stane baterií. Následně je tento válec schopný zajistit ohřev vody pro až 100 domů.

Ani na univerzitě v Severní Karolíně nejsou s vývojem pozadu. V současnosti zde vědci pracují na ekologičtějších fluorid-iontových bateriích. Ty by měly být schopné konkurovat těm lithiovým, protože jejich ionty jsou lehké, malé a vysoce stabilní. Je tedy vhodné je použít do elektrických automobilů, ale i do běžných spotřebičů. Fluorid je navíc levnější než lithium nebo kobalt. Zajímavostí také je, že vědcům s hledáním vhodných materiálů do této baterie pomáhá umělá inteligence.

Nicméně i přes všechny tyto nadějné výzkumy bude zřejmě pro ekologické varianty baterií těžké prosadit se na trhu. Nepomůže tomu ani fakt, že se podle studie Imperial College London stanou lithiové baterie nejlevnější variantou pro ukládání energie.

Láká tě svět technologií a chtěl by ses naučit programovat? Přihlas se do našeho akreditovaného rekvalifikačního kurzu a získej práci snů! Kromě luxusního platu na tebe čeká i home office, flexibilita a mnoho dalších benefitů. Zjisti více:

Jak si vyrobit jednoduchou baterii doma?

Protože se před pár dny slavil Mezinárodní den baterií, připravili jsme pro tebe něco speciálního. Využij našeho návodu a sestav si svůj vlastní galvanický článek. Na rozdíl od Galvaniho ale můžeš nechat žáby v klidu plavat v rybníku, baterii totiž sestavíš z věcí, které bez problémů najdeš u sebe doma.

Potřebovat budeš pouze:

• dva kovové předměty, jež v procesu zastoupí elektrody
• kus ovoce, který ti poslouží coby elektrolyt
• 2 dráty
• voltmetr, žárovku nebo LED diodu

Výběr ovoce si však předem promysli, ne každá šťáva je totiž stejně vodivá. Často se například využívají citrusy nebo brambory. Vyzkoušet můžeš také kokosovou vodu. „Právě ta je dokonce jedním z nejlepších přírodních elektrolytů,“ vysvětluje Radim Tlapák, ředitel internetového obchodu BatteryShop.cz.

Ani výběr kovů do elektrod bys neměl ponechat náhodě. „Nejvíce se hodí měděný drátek, hliníkový příbor nebo železný hřebík. Použít je možné i desetikorunu, která má měděný povrch, a pětikorunu s povrchem niklovým. Kovové předměty je potřeba pěkně očistit a odmastit například lihem,“ doplňuje Tlapák.

Po zapojení elektrod do elektrolytu mezi nimi vzniká napětí. Jeho výše se odvíjí také od kombinací kovů. Například při použití zinku a mědi získáš vyšší napětí než při spojení mědi a železa. U výběru můžeš vycházet z Beketovovy řady prvků, které jsou v ní seřazeny podle jejich standardního elektrodového potenciálu. Čím větší je rozestup mezi použitými kovy v tomto seznamu, tím vyšší hodnotu napětí naměříš.

Napětí pak lze ještě zvýšit sériovým zapojením jednotlivých baterií. Ověřit si to můžeš třeba pomocí voltmetru. Efektivní variantou je potom připojení žárovky, která se při dostatečném napětí rozsvítí. Vyzkoušej nejrůznější kombinace kovů i elektrolytů a najdi ten nejlepší. Výsledky měření si můžeš srovnat s těmi našimi.

Pokud by tě zajímalo, kdo drží rekord v naměřeném množství napětí na ovocném elektrolytu, pak je to britská organizace The Royal Society of Chemistry. Ta při experimentu využila 2923 citronů, z nichž se výzkumníkům podařilo získat 2307,8 voltů. Jedna tužková AA baterie v sobě přitom obsahuje napětí okolo 1,5 voltů. V případě bramborového elektrolytu potom drží rekord Dánové, kteří dosáhli hodnoty 1950 voltů. Ve videu se pak můžeš podívat, jak vypadal podobný experiment z roku 2016.

Hledáš novou příležitost a kariérní cestu? Začni s programováním a získej skvělé peníze, flexibilní pracovní podmínky, home office a mnoho dalšího. Rekvalifikuj se v našem akreditovaném kurzu pro junior programátory WWW aplikací. Nauč se pracovat s moderními nástroji budoucnosti a vybírej si z nekonečného množství pracovních nabídek. Nikdy není pozdě začít:

Přečti si také: