POHLED NA BUDOUCNOST MOBILNÍCH ENERGETICKÝCH ÚLOŽIŠŤ

Globální úspěch výzkumu: lithium-iontové akumulátory.

Čas od času se objeví technologie, které od základů změní lidský život – patří k nim i lithium-iontový akumulátor. Spouštěčem byla na začátku zábavná elektronika, kdy se v 70. letech minulého století pro walkman a jiná koncová zařízení hledala alternativa k nedobíjecím primárním článkům. Lithium-iontové baterie byly rychle rozpoznány jako zajímaví kandidáti, protože mají vysokou hustotu energie, kompaktní konstrukční tvar a nepodléhají paměťovému efektu.

Snadná hořlavost a sklony ke zkratům uvnitř článku však byly problémy, se kterými se musela a částečně ještě musí vypořádat věda. Rozhodující průlom vytvořily výzkumné práce vědců Johna B. Goodenougha (USA), M. Stanley Whittinghama (Velká Británie) a Akira Jošina (Japonsko), kteří v roce 2019 získali Nobelovu cenu za chemii. V roce 1983 byl vyroben první dobíjecí lithium-iontový akumulátor, v roce 1991 uvedla firma Sony tuto techniku na trh. Od té doby je vítězné tažení nezadržitelné, což dokumentují i čísla: v roce 2019 měl světový trh objem téměř 40 miliard euro, očekává se nárůst do roku 2022 na přibližně 60 miliard euro.

Od hudby přes mobilitu až po velký úklid:
kde všude přinášejí akumulátory zlepšení.

Ať již se jedná o mobilní telefon, digitální fotoaparát, notebook nebo kapesní svítilnu: Neexistuje téměř žádná elektronická vychytávka, která by dnes nebyla provozovaná pomocí lithium-iontových akumulátorů. Oproti tradičním nikl-kadmiovým nebo nikl-metal hydridovým bateriím přesvědčí tato technika především malou hmotností a malými rozměry při současně vysoké kapacitě a výkonnosti. To hraje roli i u užitečných zařízení, jako je elektrické nářadí, zahradní nářadí, vysavače apod., která usnadňují práci jak soukromým, tak i profesionálním uživatelům.

Další důležitou otázkou je téma elektromobility, protože díky propojitelnosti lithium-iontových článků lze z několika menších akumulátorů složit velkou baterii. Používají se ve všech vozidlech od elektrokola, přes elektrický skútr a segway až po hybridní automobily a autobusy, resp. elektromobily a elektrické autobusy.

Lithium-iontové akumulátory se osvědčily dokonce jako akumulátory energie ve fotovoltaice díky kompaktnímu konstrukčnímu tvaru, dlouhé životnosti a bezúdržbovému provozu. 6 000 cyklů obvyklých v oblasti ukládání energie v rodinném domě odpovídá zhruba době 20 let – a tedy zhruba době provozu fotovoltaického zařízení.

Dnes lithium-iontová technologie – a co zítra? Kam to spěje.

Ukazuje se, že lithium-iontová technologie je v současné době všude, částečně otevírá cesty k trvale udržitelným řešením a nelze ji snadno nahradit. Přesto existuje na jedné straně jako hnací motor elektromobilita, která v příštích letech zvýší potřebu ukládání energie natolik, že ji jedna technologie samotná téměř nebude schopna pokrýt. Na druhé straně pak existují otázky jako je větší výkon a kratší nabíjecí cykly, které eventuálně bude možno lépe realizovat jinak, i když lithium-iontové články mají ještě potenciál rozvoje. A v neposlední řadě se stane ve střednědobém horizontu problémem dostupnost potřebných surovin, především kobaltu a lithia.

Hledání alternativ tedy již dávno začalo. Sem patří například pevná elektrolytická baterie, u které se jako elektricky vodivá substance nepoužívá tekutý, nýbrž pevný elektrolyt. To by mělo umožnit dosah minimálně 500 kilometrů pro elektromobily a nabíjení v průběhu minut, v současné době ještě probíhá intenzivní výzkum materiálů a způsobů výroby. Dalším zajímavým kandidátem je hořčíková baterie, která má být výkonnější, levnější a bezpečnější než etablované lithium-iontové akumulátory. Mimoto je hořčík jako surovina zastoupen na Zemi tisíckrát častěji než lithium a lze ho snadněji recyklovat.

Musí být akumulátory všude?
O trvalé udržitelnosti a možnostech v recyklaci.

Konečně pokud se podíváme na velké téma trvalé udržitelnosti, je bilance lithium-iontové technologie rozpolcená. Na jedné straně jsou oblasti použití jako elektromobilita nebo systémy ukládání energie z fotovoltaických zařízení klíčovým prvkem na cestě k ekologičtější budoucnosti. Na druhé straně se v současné době akumulátory instalují více či méně bez zábran – od svítících tenisek přes blikající svetříky až po brčka na pití ozdobená LED světýlky. To je trend, který je v rozporu se šetrným využíváním zdrojů. Dalším z kritických témat je recyklace, protože současné běžné metody nejsou dostačující k tomu, abychom zvítězili nad vysokým počtem baterií do elektromobilů.

Na základě očekávaného nedostatku a rostoucích cen kobaltu a dalších prvků jsou však i zde na cestě řešení. Například díky tepelnému tavení lze recyklovat kobalt, nikl a měď. Dalším přístupem je drcení snadno hořlavých baterií v dusíkové atmosféře. Zůstává drcený materiál, ze kterého lze recyklovat grafit, mangan, nikl a kobalt. Poté následují reprodukce pohonných akumulátorů, jejichž uhlíková stopa je oproti výrobě nových baterií o 40 procent nižší. Existuje mnoho dalších variant, jejichž cíl je jediný – energeticky úsporně recyklovat, pokud možno, vysoký podíl surovin.

Konečně existuje iniciativa označovaná jako Second Life, která využívá vyřazené akumulátory pro stacionární ukládání energie. Baterie v elektromobilech totiž po osmi až deseti letech již nesplňují požadavky na výkon a dojezd a musí být demontovány, i když jsou ještě funkční. Proto různí výrobci automobilů plánují využití baterií se sníženou nabíjecí kapacitou pro stacionární velkoobjemové skladování energie.

V oblasti akumulátorových technologií se toho tedy děje hodně a cesta do budoucnosti bude tedy především vzrušující.

Kärcher a akumulátorová technologie:

Čtyři otázky pro Dr. Jana Beckera, manažera Module Center Energy Storage Systems

Jak dlouho je již Kärcher na trhu s akumulátorovými stroji?

Akumulátorové produkty patří do našeho portfolia již více než 30 let, včetně klasických výhod. Vždy jsme se zabývali otázkou, kde má jejich použití pro naše zákazníky největší smysl, a jak lze technicky řešit požadavky.

Nyní uvádíte na trh dvě nové akumulátorové platformy pod názvem Kärcher Battery Universe. Na co se zde zaměřil vývoj?

Sledovali jsme celou řadu důležitých aspektů – od většího výkonu a delší doby provozu až po zobrazení doby nabíjení a zbývající doby provozu s přesností na minuty. Jsou k dispozici akumulátory s napětím 18, resp. 36 V a s rozdílnými kapacitami. Všechny akumulátory jedné třídy napětí se hodí do každého stroje.

Jaké produkty budou dostupné?

Pro oblast Home and Garden jsou od jara 2019 na trhu nové akumulátorové produkty a byly implementovány například do středotlakých čističů, mokrých / suchých vysavačů a do různého zahradního nářadí. Pro oblast profesionálního použití bude prodej zahájen v roce 2020 a bude zahrnovat produkty pro mokré a suché vysávání a profesionální nářadí na údržbu zeleně. Jako první podnik na světě jsme také představili akumulátorový vysokotlaký čistič pro profesionální použití.

S lithium-iontovými akumulátory to půjde ještě chvíli dále, nástupci jsou však již připraveni. Jak na to zareaguje Kärcher?

Naše platformy jsou koncipovány tak, aby se nové bateriové technologie daly bez problémů umístit na rozhraní. To je pro nás důležité, abychom mohli našim zákazníkům nabídnout dlouhodobě udržitelné řešení.

To by vás mohlo také zajímat: