Jak moderní baterie proměnily svět | Mobilní revoluce

Jak moderní baterie proměnily svět – OBSAH

1. Od kyselin k jedovatým kovům
2. Nikl zůstal, ale kadmium bylo nahrazeno
3. Problémům s bateriemi jsme se stále nevyhnuli

Od kyselin k jedovatým kovům

Za první skutečně moderní baterie můžeme považovat dobíjecí nikl-kadmiové články (NiCd). Tento typ baterie byl vynalezen švédským vynálezcem Waldemarem Jungerem v roce 1899 – a okamžitě bylo jasné, že jde o typ baterií, které jsou mnohem lepší než olověné akumulátory. Předně byly zcela pevné, neobsahovaly kyselý elektrolyt, který by se mohl z baterie vylít – a také měly pěkné vlastnosti, jako velký počet vybíjecích a nabíjecích cyklů, pokud jste se o ně dobře starali.

Nevýhodou nikl-kadmiových článků bylo, že obsahovaly kadmium, což je jedovatý kov – a také měly výrazný paměťový efekt. To znamená, že pokud jste je pravidelně vybíjeli jen na určitou úroveň, baterie si ji „zapamatovaly“ a jejich kapacita se snížila na tuto úroveň. Nikl-kadmiová baterie se nesmí držet ani plně nabitá, ani plně vybitá, nesmí se vybíjet jenom částečně, musí se pravidelně tak zvaně cyklovat, tedy vybít až úplně do konce, a pak znovu nabít. NiCd baterie byly obrovský pokrok, ale jejich nepěkné vlastnosti způsobovaly, že pravidelně odcházely předčasně, protože lidé používají svoje zařízení tak, jak se jim chce – a ne tak, jak to chce jejich konstruktér.

Velkým problémem je také toxicita těchto baterií, takže jsou od roku 2016 v EU zakázané s výjimkou specializovaného použití. Tyto baterie mají stále některé velmi dobré vlastnosti zvláště při využití v situacích s nízkým konstantním odběrem, jako jsou záložní baterie pro nouzová světla anebo pro medicínská zařízení. Pro moderní stroje s variující spotřebou ale nejsou vhodné.

Nikl zůstal, ale kadmium bylo nahrazeno

Dalším krokem byly nikl-metalhydridové baterie (NiMH). Jejich výzkum započal v roce 1967, ale problémy s chemií vedly k tomu, že se začaly vyrábět až v 80. letech, kdy byly objeveny kvalitnější slitiny, které učinily baterie spolehlivými. Baterie typu NiMH mají o 40 % větší energetickou hustotu než NiCd a netrpí až tak výrazným paměťovým efektem, ale mají svoje jiné mouchy.

Jejich zásadní nevýhodou je rychlé samovybíjení, kdy během prvního dne mohou ztratit až 20 % své kapacity, a pak se vybíjejí tempem 10 % měsíčně. Jenomže – pokud si nabíjíte svůj laptop denně a používáte ho denně, tak vás to trápit nemusí – plus vyšší energetická hustota znamená, že výrazně klesá riziko podpětí (brown outů) a stroj je spolehlivější. Problém se samovybíjením navíc vyřešila firma Panasonic u svých baterií Eneloop, která dnes nabízí baterie s extrémně nízkým samovybíjením, takže jsou ideální pro kapesní baterky, pro myši, pro dálkové ovladače a podobně. Nejmodernější variantu představují lithium-iontové (Li-Ion) a lithium-polymerové baterie (LiPO).

Tři vědci, kteří se spolupodíleli na vývoji lithium-iontové baterie – John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham a Akira Yoshino – byli za své úsilí odměněni v roce 2019 Nobelovou cenou za chemii. Lithium-iontové baterie jsou lehké, dovolují velké nabíjecí i vybíjecí proudy a mají velkou energetickou denzitu (množství energie, které lze uložit v jednotkové hmotě baterie).

Dnes existuje velké množství typů lithium-iontových baterií, které se liší konstrukcí – lithium-ferosofátové (LiFePO4), lithium-kobaltové (LCO), lithium-magnéziové (LMO), lithium-nikl-magnéziové (NMC) a nebo lithium-titanové (LTO). Každý typ baterií má svoje specifické výhody a nevýhody. Ve spotřební elektronice se obvykle používají lithium-kobaltové baterie (LCO, Lithium Cobalt Oxide), protože mají velkou kapacitu a nevadí, že nemohou dávat velké proudy – mobily i notebooky potřebují hlavně dlouhou výdrž.

Problémům s bateriemi jsme se stále nevyhnuli

Nevýhodami lithium-iontových baterií je, že jsou relativně křehké a při zahoření nebezpečné, opravdu velmi špatně se hasí. Baterie ve spotřební elektronice jsou poměrně bezpečné, ale jak se ukázalo v minulosti v případu Samsungu Galaxy Note 7 (2016), špatně navržené baterie mohou způsobit zahoření až výbuch. Ve většině případů tento typ baterií nabízí ideální poměr mezi výdrží zařízení a životností baterie, jenom je třeba dodržovat základní bezpečnostní pravidla.

Lithium-iontové baterie by se neměly úplně vybíjet, ani udržovat dlouhodobě nabité. Moderní notebooky nabízí možnost nabít baterii pouze na 80 %, čímž se šetří její životnost, při dlouhodobém nepoužívání zařízení je dobré nabít ji pouze na 60–70 %. Čas od času je třeba kontrolovat stav nepoužívaných baterií, protože se mohou samo vybít absolutně do nuly, což je může zničit. Baterie také není dobré vystavovat extrémním teplotám: Li-Ion baterie snesou teploty -20 °C až 60 °C, u spotřební elektroniky doporučujeme skladovat je v pokojových teplotách, tedy v rozmezí 0 °C až 40 °C.

V případě selhávajících baterií je dobré nechat je servisně vyměnit a ekologicky zrecyklovat. Baterie rozhodně nerozebírejte sami, některé sice jsou opravitelné, ale baterie mají bezpečnostní mechanismy, které není dobré obcházet. Při opravách doporučujeme používat značkový servis, který je certifikován pro práci s daným typem baterií. Rovněž také doporučujeme používat certifikované nabíječky a vyhýbat se velmi levným a pokoutně prodávaným modelům.

Články založené na niklu položily základní kámen k přenositelným zařízení, protože neobsahovaly toxické kyseliny, daly se opakovaně nabíjet a umožňovaly dlouhý chod na jedno nabití. Současné lithiové články jsou mnohem vyspělejší, ovšem stále nejsou tak bezpečné, jak bychom si přáli.

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.