Gdy myślimy o akumulatorach, to zazwyczaj mamy w głowie obraz akumulatora w smartfonie lub samochodzie elektrycznym. Istnieje jednak cała klasa ogniw zaprojektowanych do działania tam, gdzie panują naprawdę piekielne warunki. Są to akumulatory termiczne, które aktywują się i pracują w temperaturach, w których konwencjonalna elektronika zamieniałaby się w kałużę stopionego metalu i plastiku. Przez lata ich rozwój hamowała jedna podstawowa usterka, ale wygląda na to, że zespół badaczy z Chin wpadł na pomysł, jak ją obejść. Ich praca została opublikowana 4 stycznia 2026 roku w czasopiśmie Advanced Science.
Akumulatory mające wytrzymać najbardziej ekstremalne warunki
Akumulatory termiczne to specjalistyczne źródła energii zaprojektowane do pracy w przedziale 350–550 stopni Celsjusza. Nie używają płynnych ani polimerowych elektrolitów, ale za to sięgają po stopione sole, które stają się przewodnikami dopiero po nagrzaniu. Dzięki temu mogą latami leżakować w stanie uśpienia, by w kluczowym momencie, czyli po aktywacji termicznej, niemal natychmiast dostarczyć ogromny impuls mocy. Znajdują więc zastosowanie w obszarach, gdzie niezawodność jest absolutnie kluczowa, czyli w systemach militarnych, satelitach, awaryjnych zabezpieczeniach czy sprzęcie do odwiertów naftowych i geotermalnych. Jednak mimo swojej wyjątkowości i niezawodności, przez dekady borykały się z ograniczoną wydajnością energetyczną, a to z kolei wiązało się z problemem materiałów użytych do budowy katody.
Czytaj też: Chiny mają “huraganową mikrofalówkę” do czyszczenia nieba z wrogów
Sednem problemu był tak zwany efekt wahadłowy. Najbardziej obiecujące materiały do produkcji katod, czyli fluorki metali przejściowych, miały tendencję do rozpuszczania się w gorącym, stopionym elektrolicie podczas pracy ogniwa. Rozpuszczone jony migrowały przez elektrolit, trwale trafiając na anodę i zostając tam uwięzione. Prowadzi to do nieodwracalnej utraty aktywnego materiału z katody, gwałtownego spadku pojemności akumulatora i w końcu do jego awarii. Oznaczało to, że choć baterie termiczne były niezawodne w sensie włączania się, to ich żywotność i całkowita dostępna energia pozostawały niewielkie.
Przełom w akumulatorach termicznych dzięki molekularnym sitom
Zespół pod kierunkiem profesorów Wanga Songa i Zhu Yongpinga z Instytutu Inżynierii Procesowej Chińskiej Akademii Nauk postanowił zaatakować problem u jego źródła. Zamiast szukać nowego materiału, naukowcy skupili się na inteligentnym opakowaniu tego istniejącego. Otoczyli cząstki difluorku kobaltu (CoF₂) ultracienką, porowatą powłoką węglową. Kluczowe okazały się wymiary porów w tej powłoce, bo mają one średnicę zaledwie 0,54 nanometra, dzięki czemu działają jak molekularne sita.
Czytaj też: Chiny pokonały blackouty. Już 12 krajów uwierzyło w ich dzieło
Mechanizm jest elegancko prosty. Mikroskopijne kanały w powłoce są na tyle małe, że blokują migrację większych, rozpuszczonych kompleksów kobaltu (CoCl₄²⁻), które są odpowiedzialne za efekt wahadłowy. Jednocześnie są na tyle duże, aby bez przeszkód przepuszczać znacznie mniejsze jony litu, które pozostają niezbędne do prawidłowej pracy akumulatora. Tego typu selektywna bariera zatrzymuje wspomnianych “uciekinierów” na miejscu, zachowując tym samym integralność katody.
Rezultaty są imponujące, a to szczególnie jak na wczesny etap badań. Nowa katoda osiągnęła bowiem w temperaturze 500°C napięcie pracy przekraczające 2,5 V, a jej pojemność właściwa wyniosła 365 mAh/g, co przełożyło się na rekordową dla tego typu ogniw gęstość energii na poziomie 882 Wh/kg. Są to wartości, o których wcześniej można było tylko pomarzyć.
Co to oznacza dla przyszłości akumulatorów termicznych?
Osiągnięcie chińskich naukowców ma znaczenie wykraczające poza samą poprawę parametrów akumulatorów termicznych. Przede wszystkim dostarcza nowego, fundamentalnego zrozumienia procesów zachodzących na granicy faz w elektrolicie ze stopionych soli. Opracowana strategia sita molekularnego może stać się wzorem do naśladowania dla innych grup badawczych, próbujących wykorzystać fluorki metali w zaawansowanych systemach magazynowania energii.
Czytaj też: Bombowiec nowej generacji USA ma paskudny sekret? Chiny przeanalizowały B-21 Raider
Jeśli technologia okaże się możliwa do skalowania i ekonomiczna w produkcji, to możemy spodziewać się powstania lżejszych, bardziej pojemnych i trwalszych akumulatorów dla zastosowań specjalnych. Będą one nie do przecenienia tam, gdzie każdy gram i każdy dżul energii mają znaczenie, a więc w coraz głębszej eksploracji kosmosu, w zaawansowanych systemach obronnych czy przy penetracji ekstremalnych głębokości pod powierzchnią Ziemi. To nie jest przełom, który jutro trafi do smartfonów, ale solidny, naukowy krok w bardzo konkretnym, wymagającym kierunku. A w technologii, takie kroki często bywają najważniejsze.