Polymerní membrány inovují jak vodíkovou energetiku, tak lithiové akumulátory

12. říjen 2017
01054482.jpeg

Žijeme obklopeni umělým hmotami a výrobky z polymerních materiálů. Co všechno nabízí jejich aplikace v podobě membrán? Hosty Magazínu Leonardo byli vedoucí Oddělení polymerních membrán na Ústavu makromolekulární chemie Akademie věd ČR Zbyněk Pientka a jeho kolegové Jan Žitka a Jakub Peter.

„Separační polymerní membrána je pokročilý filtr, který je schopen oddělovat od sebe například kapaliny a makromolekuly nebo jednotlivé plyny od sebe,“ vysvětlil vedoucí.

Už dlouho se setkáváme s membránami například v přístrojích pro dialýzu, kde slouží k oddělení metabolických produktů z krve. Jejich užití je ale v mnoha odvětvích: například pomáhají obohacovat vzduch o kyslík pro procesy hoření a v mnoha dalších aplikacích.

„Membrány pomáhají i při produkci bioplynu. Ten při vzniku obsahuje kolem 50 % kysličníku uhličitého. Ten membrány odstraní, a takový bioplyn je dokonale hořlavý a připravený na vstřikování do plynofikační sítě.“

Membrány jako dutá vlákna

Český tým chemiků pracuje na dvou hlavních výzkumech, prvním z nich je vývoj membrán pro separaci plynů ve formě dutých vláken.

„Když chceme umístit velké množství membrán do omezeného prostoru, tak používáme trik, že vyrobíme membrány ve formě dutých vláken,“ řekl Jakub Peter, který tento výzkum vede.

Spojení takových vláken vytvoří tzv. membránový modul. „Když na jeho začátek přivedeme například vzduch, tak z jednoho výstupu prochází vzduch ochuzený o kyslík, protože ten prochází membránou až šestkrát rychleji než dusík. Získaný skoro čistý dusík má četné využití, stejně jako kyslík.“

Oproti tradičnímu způsobu získávání kyslíku ze vzduchu při procesu kryogenní frakční destilace, tedy za nízkých teplot, je separace plynů membránou až desetkrát energeticky účinější,“ upozornil expert.

Podle Pientky budou membrány kromě metanu také v budoucnu hojně separovat vodík. „O ten je velký zájem, protože je základním prvkem vodíkové energetiky, která je novým směrem vývoje energetiky.“

Membrány mohou nahradit hořlavý elektrolyt v bateriích

Druhým směrem bádání českého týmu chemiků je zlepšování materiálů v lithiových bateriích. „V současných lithiových bateriích se používají většinou kapalné elektrolyty, jsou to obvykle karbonáty, což jsou látky velmi hořlavé,“ připomněl Jan Žitka.

Tyto baterie právě díky svému elektrolytu mohou snadno vzplanout nebo explodovat. „My jsme se pokoušeli současné kapalné elektrolyty nahradit tuhými elektrolyty ve formě membrán.“


Takové baterie by měly být nejen bezpečnější a nehořlavé, ale také mohou přispět ke zvětšení kapacity. „Tím, že membrána je velmi tenká, tak se sníží váha elektrolytu a tak i celé baterie.“

„Zájem o tento výzkum je enormní. Kromě Evropské unie ho sledují i grantové agentury v Čechách,“ dodal Žitka.

Vedoucí Oddělení polymerních membrán zdůraznil, jak důležitý je vývoj lepších akumulátorů. „Obnovitelné zdroje energie dodávají nekontrolovaně energii i v okamžiku, kdy ji zrovna potřebujeme.“

„Aby byly obnovitelné zdroje účinně využité, je potřeba vyřešit otázku akumulace. A tady jsou dva směry: vodíková energetika a lithiové baterie. Směrů je sice více, ale tyto dva jsou nejpokročilejší a už i komerčně využitelné,“ shrnul Zbyněk Pientka.

Spustit audio
autoři: Josef Kluge, Ondřej Čihák
  • Věda
  • vodík
  • polymery
  • akumulátor
  • obnovitelné zdroje
  • membrána