JAK BATERIE MĚNÍ SVĚT

V současné době všichni mluví o bateriové technologii. V roce 2019 byla dokonce udělena Nobelova cena za chemii za bateriový výzkum. Mobilní úložiště energie už nyní poskytuje nové příležitosti ve všech oblastech života – od mobilních telefonů, přes elektrické automobily až po lékařská zařízení.

Podívejme se nyní na stručnou cestu rychlého vývoje lithium-iontové technologie, nadcházející trendy a zda jsou světelné proužky opravdu potřeba.

 

Úspěšný příběh globálního vývoje: vítězství lithium-iontové baterie

Napříč historií se objevují technologie, které mají hluboký dopad na lidský život – lithium-iontová baterie je jedním z nich. Počáteční impulz této technologie přišel z elektronických zábavních zařízení sedmdesátých let, kdy se začala hledat alternativa k jednorázovým bateriím používaným ve walkmanech a podobně.

Rychle se přišlo na to, že lithium-iontové baterie mají velký potenciál, protože jsou nabité energií, mají kompaktní velikost a nejsou citlivé na paměťový efekt. Mají však problém: jsou vysoce hořlavé a náchylné ke zkratům uvnitř článků. Vědci se proto museli těmito problémy zabývat a do určité míry se jimi stále zabývají.

Rozhodující průlomový výzkum přišel od Johna B. Goodenougha (USA), M. Stanleye Whittinghama (UK) a Akiraia Yoshino (Japonsko), kteří v roce 2019 získali Nobelovu cenu za chemii. První dobíjecí lithium-iontové baterie byly vyrobeny v roce 1983 a na trh je uvedla společnost Sony v roce 1991. Jejich rozšíření je od té doby nezastavitelné, jak potvrzují statistiky: v roce 2019 měly na světovém trhu hodnotu kolem 40 miliard EUR. Do roku 2022 se očekává nárůst až na 60 miliard EUR.

Od hudby k mobilitě a průmyslovému čištění: baterie vylepšují systémy ve všech oblastech

Uvažujte o svém mobilním telefonu, digitálním fotoaparátu nebo notebooku: téměř žádné elektronické zařízení se v dnešní době nespouští jinak než pomocí lithium-iontových baterií. Tato technologie je lehčí, menší a poskytuje vyšší kapacitu a výkon než standartní nikl-kadmiové nebo nikl-metal hydridové (galvanické) baterie. To je významný faktor pro praktická zařízení, jakými jsou např. elektrická nářadí, zahradní vybavení, vysavače a podobně – jak v domácím, tak i v komerčním prostředí.

Elektromobilita je dalším žhavým tématem. Lithium-iontové baterie mohou být vzájemně propojeny, což znamená, že několik baterií může být spojeno dohromady a vytvoří se tím napájecí zdroj. Tato technika je používána v různých zařízeních, od elektrokol, elektrických skútrů, Segwayí až po hybridní a elektrické automobily a autobusy.

I ve fotovoltaice se lithium-iontové baterie osvědčily jako užitečné pro skladování energie díky své kompaktní velikosti, dlouhé životnosti a nízkým požadavkům na svou údržbu. Životnost kolem 6 000 cyklů je standartní, asi na 20 let, a odpovídá fotovoltaickému systému.

Dnes: lithium-ionty. Zítra…? Kam směřujeme?

Lithium-iontová technologie je v dnešní době všude a umožnila udržitelné řešení v mnoha oblastech. Byla by těžko nahraditelná.

Na druhou stranu elektromobilita je jedním z důvodů dramaticky rostoucí poptávky po uskladnění energie a tato technologie pravděpodobně nebude sama o sobě schopná tuto poptávku uspokojit. Nemluvě o problémech s vyšším výkonem a kratšími nabíjecími cykly, které by mohly být lépe vyřešeny při použití jiných technologií. I přesto je tu stále potenciál pro vývoj lithium-iontových článků. Nakonec i dostupnost surovin, především kobaltu a lithia se stane ve středně dobém horizontu problémem.         

Hledání alternativ je proto v plném proudu. Jednou z možností je elektrolytová baterie v pevné fázi, která neobsahuje žádné tekutiny, pouze pevný elektrolyt a elektrický vodič. Očekává se dosažení alespoň 500 km pro elektrická vozidla a jejich nabití v několika minutách. Současný výzkum se zaměřuje na materiály a výrobní technologie.

Další možností jsou hořčíkové baterie, které by měly být silnější, levnější a bezpečnější než současné lithium-iontové baterie. Nehledě na to, že hořčík je jako surovina tisíckrát běžnější než lithium a je snazší ho recyklovat.

Potřebujeme baterie všude? Možnosti udržitelnosti a recyklace.

Z hlediska udržitelnosti tu jsou výhody i zápory lithium-iontové technologie. Na jednu stranu se používá k účelům, jakými jsou například elektrické automobily a zásobárny energie pro fotovoltaické systémy – klíčové aspekty k dosažení ekologičtější budoucnosti. Na druhou stranu jsou v současnosti baterie používány pouze s velmi malými omezeními – např. svítící proužky jsou na oblečení i na brčkách s LED! To je pak v rozporu s dalším pokrokem směrem k zodpovědnému používání zdrojů v budoucnosti.

Recyklace je dalším problémem, protože současné metody nejsou dostatečné na to, aby se vyrovnaly s vysokým počtem baterií na trhu.

Předpokládá se, že kobaltu a dalších surovin bude brzo nedostatek, proto je zapotřebí řešení. Například termální fúze může regenerovat kobalt, nikl a měď. Jiný přístup navrhuje skartovat vysoce hořlavé baterie v dusíkové atmosféře. Ze zbytků skartovaného materiálu můžeme recyklovat grafit, hořčík, nikl a kobalt. Baterie tak mohou být reprodukovány s o 40 % nižší uhlíkovou stopou než při výrobě kompletně nových baterií.

Existuje i spousta další variant, ale cíl je stále stejný – zachování energie a recyklování co největšího podílu surovin.

Druhé schéma využívá zcela odlišného přístupu používání starých baterií pro stacionární ukládání energie. Baterie v elektrických automobilech, které již dobře nefungují, aby splňovaly široké požadavky (po osmi nebo devíti letech) musí být nahrazeny, tyto baterie ale stále fungují. Různí výrobci automobilů plánují použití těchto baterií s redukovanou kapacitou ve velkém stacionárním skladu energie.

Ve světě bateriových technologií se toho hodně děje a cesta do budoucnosti bude určitě jedním slovem: vzrušující.