Perspektivní baterie budoucnosti

Perspektivní baterie budoucnosti – OBSAH

1. Největší problém je energetická hustota
2. Budou baterie s pevným elektrolytem bezpečnější?
3. Vodíku je kolem nás dost, ale katalyzátory budou dost drahé

Největší problém je energetická hustota

Přestože jsou moderní baterie velmi výkonné, ani zdaleka se neblíží energetické hustotě fosilních paliv – například benzín má 9 000 až 12 300 Wh/l! Proto se v devadesátých letech uvažovalo o tom, že se baterie nahradí palivovými články, kde by se katalyticky rozkládal ethanol, což by zařízením nabídlo podstatně větší výdrž, než měly tehdejší nikl-kadmiové baterie. Představa napájení laptopu, do kterého doléváte čistý alkohol, je možná zajímavá, ale dnes naprosto neodpovídá ani představám o ekologii, ani o bezpečnosti.

Vývoj se zaměřil jinam, totiž na náhradu těkavého elektrolytu. Baterie s pevným elektrolytem (solid state battery) mají místo elektrolytu izolační vrstvu, která je buď keramická (ceramic separator), anebo založená na speciální formě skla. Výsledkem je, že baterie je kompaktnější, má výrazně vyšší energetickou denzitu, a protože zde nemáme těkavý elektrolyt, který by mohl vytékat anebo se rozkládat, by tyto baterie měly být podstatně bezpečnější než ty klasické.

Budou baterie s pevným elektrolytem bezpečnější?

Mimo to, že baterie s pevným elektrolytem nabízí vyšší energetickou kapacitu na kilogram, jsou podstatně méně citlivé na teplotu, což znamená, že nepotřebují bezpečnostní limity. Klasické lithiové baterie se rychlonabíjí pouze do 80 % kapacity, protože posledních 20 % je nejrizikovějších – a tak mají elektromobily často snížený dojezd proti tabulkovým hodnotám. U nových notebooků se také běžně nabízí „doporučená“ úroveň nabití 80 %, která prodlužuje životnost baterie. Baterie s pevným elektrolytem tento problém nemají, teplo jim nevadí a lze je vysokou rychlostí dobíjet „až úplně na doraz“.

Tento typ baterií je už v zásadě vyvinutý, v současnosti se řeší hlavně otázky hromadné výroby, protože se ukazuje, že dělat pevný elektrolyt je překvapivě podstatně dražší a hlavně výrobně náročnější než u klasických baterií. Srovnatelné baterie s pevným elektrolytem mohou být až třikrát dražší, přičemž problém je hlavně v náročnosti procesu výroby. Životnost baterie značně závisí právě na homogenitě a kvalitě izolující vrstvy, která určuje, co baterie vydrží a jak dlouho to vydrží. Vzhledem k podstatně vyšší kapacitě těchto baterií ale budou preferované zvláště pro elektromobily a řada automobilek investuje do firem, které se zabývají vývojem tohoto typu baterií.

Vodíku je kolem nás dost, ale katalyzátory budou dost drahé

Jinou možnou budoucnostní baterií pro domácí využití je nikl-hydridová baterie (NiH2, nickel-hydride battery) původně vyvinutá NASA pro vesmírný výzkum. Ta vypadá jako tlaková lahev, je poměrně velká a těžká, ale nabízí ohromující životnost – 85 % kapacity po 30 000 cyklech. Zásadní nevýhodou této baterie je fakt, že vyžaduje vysokotlace uložený vodík, což znamená, že je kvůli ocelovému pouzdru těžká. Přestože obsahuje vodík, je tento typ baterie málo citlivý na teplotní výkyvy a může fungovat jak v mrazu, tak v horku. Nové baterie jsou rovněž navrženy tak, aby z nich vodík unikl bezpečně i při proražení.

Jak vodík, tak nikl jsou běžné prvky – a mohlo by se zdát, že taková baterie bude levná. Bohužel ale také obsahuje platinový, anebo palladiový katalyzátor, který dělá z tohoto typu baterií docela nákladnou záležitost. Vývojoví pracovníci ale doufají, že se s rozjetím výroby a nalezením lepšího katalyzátoru, kterým by mohla být nikl-molybden kobaltová slitina, se cena dostane na přijatelnou úroveň – a pomocí velkých baterií pak bude možné zachytávat přebytky energií z obnovitelných zdrojů a dovolit nezávislý ostrovní provoz u izolovaných komunit a zařízení. Tato technologie se široce využívá v kosmickém výzkumu a je ověřená – to jediné, co potřebuje, je zlevnit ji pro masovou výrobu!

Budoucnost bateriových technologií se ubírá směrem, který by mohl radikálně změnit naše energetické možnosti. Ať už se jedná o baterie s pevným elektrolytem slibující vyšší bezpečnost a rychlé nabíjení, nebo o nikl-hydridové články schopné zvládnout tisíce cyklů bez ztráty kapacity, výzvou nadále zůstává zejména snížení výrobních nákladů, aby se tyto technologie staly dostupné široké veřejnosti.

Michal Rybka

Michal Rybka je publicista a nadšenec s 20 lety zkušeností v IT a gamingu. Je kurátorem AlzaMuzea a YouTube kanálu AlzaTech. Napsal několik fantasy a sci-fi povídek, které vyšly v knižní podobě, a pravidelně pokrývá páteční obsah na internetovém magazínu PCTuning.