Baterie – klíč k budoucnosti

Bez elektřiny si většina z nás dnešní život nedokáže představit, a přesto se nám od počátku 19. století, kdy se elektřina začala využívat, nepodařilo objevit dostatečně levný a efektivní způsob, jak uchovat elektrickou energii. Ta, kterou jsme nějakým způsobem schopni uskladnit, nám i tak většinou vydrží jen pouhých pár hodin.

SDÍLET

Připouštím, že oproti předchozím generacím to představuje obrovský krok vpřed, ale na druhou stranu si musíme uvědomit, že znakem dnešní doby je pohyb. Žijeme v neustálém pohybu, často pracujeme na cestách, nebo jen využíváme své smartphony k prohlížení sociálních sítí či jiné zábavě. A k tomu všemu jsou dnes zapotřebí baterie. Pomyslný klíč k budoucnosti představuje právě přelomová technologie schopná výrazného navýšení stávajících kapacit.

Současnou nejpoužívanější technologií při uchovávání elektrické energie jsou Li-Ion akumulátory. Ty díky kapalnému elektrolytu pojmou relativně velké množství energie. Samozřejmě stejně jako každá technologie i tato má své hranice. Ty se nám ukázaly především prostřednictví dvou největších rivalů na poli smartphonů – Samsungu a Applu. Vloni musel Samsung stáhnout modely Samsung Galaxy Note 7 z oběhu právě kvůli vadným – vybuchujícím akumulátorům a letos se něco podobného přihodilo společnosti Apple u jeho nových iPhonů 8, jimž se začaly nafukovat baterie. Výsledkem pak bylo, že baterie vytlačila dotekový displej ven z těla telefonu.  To jsou hned dva velmi „populární“ a často zmiňované problémy baterií, které hned několik firem inspirovaly k inovativnějším řešení akumulátorů, na něž jsou dnes kladeny stále vyšší nároky.

Li-ion akumulátory

Tento typ akumulátorů je na dnešním trhu jednoznačně nejrozšířenější, i když v podstatě každá společnost zabývající se výrobou smartphonů, notebooků, ale i automobilů, se snaží obstarat si v tomto směru konkurenční výhodu. Za zmínku stojí například prototyp baterie Toshiba, jenž si i po 5 000 nabitích uchová 90 % své kapacity. Oproti klasickým Li-Ion bateriím využívá lithiovou anodu spolu s katodou z oxidů titanu a niobu (Ti2Nb10O29). Bohužel jde pouze o prototyp, což znamená, že se na trh dostane nejdříve až za rok.

Bude klíčem česká HE3DA?

Úplně jinou situaci představují české baterie HE3DA, které rovněž využívají lithium, nicméně k uchovávání energie přistupují odlišným způsobem. Stejnojmenná společnosti totiž vyvinula technologii a proces výroby baterií s 3D prostorovými elektrodami na bázi lithiových nanomateriálů. Jejich výroba se tak značně zjednodušuje a usnadní se pak i chlazení, které má největší potenciál u velkokapacitních baterií. He3DA tak představují cestu v místech, kde klasická Li-Ion technologie narážela na své limity. Díky nanotechnologiím totiž narostla plocha elektrod, jež jsou nyní schopny absorbovat a uložit větší množství energie. Své využití najdou především v energetice jako záložní a vyrovnávací baterie nebo v automobilovém průmyslu.

Podobné využití, jako mají baterie HE3DA, obstará také společnost Tesla a její baterie. V jejich výrobě by měla společnosti posloužit již téměř hotová Gigafactory. Vizionář a spoluzakladatel Tesly Elon Musk dokonce nedávno vyhrál sázku, že Tesla do 100 dní vyřeší australskou energetickou krizi. Poblíž Jamestownu tak vyrostla zatím největší lithium-iontová baterie na světě, která disponuje kapacitou 100 MW. Hranice kapacity Li-Ion baterií se tak neustále posouvají dál, a to by do tří měsíců měla na jihovýchodním pobřeží Jižní Koreje vyrůst baterie o kapacitě 150 MW. Její instalace se uchopí jihokorejská Hyundai Electric & Energy Systems.

Hořčíkové baterie

Nedávné poruchy a nehody s Li-Ion bateriemi měly za důsledek také změnu technologie a přechod například směrem k hořčíkovým bateriím. Základ netvoří klasický kapalný elektrolyt, jako je tomu u Li-Ion baterií, ale elektrolyt v pevném skupenství. U něj nehrozí riziko přehřátí a následného vzplanutí a navíc mohou baterie s hořčíkovým elektrolytem pojmout více energie. Bohužel je vše stále ve stádii vývoje, takže se patrně těchto baterií na pultech ještě nějakou dobu nedočkáme.

Pokrok s „grafenovými koulemi“

Společnost Samsung ukazuje, že si na problematice baterií nechává opravdu velmi záležet. Díky tomu nyní může prezentovat své záměry o dramatickém vylepšení stávajících Li-Ion baterií. Pokud by totiž do baterií zakomponoval nově vyvinutý materiál nazývaný „grafenové koule“, mohl by navýšit jejich kapacitu o 45 % a přitom pětinásobně zrychlit dobu nabíjení. Podle odhadů by se tak mohla grafenová baterie plně nabít už za 12 minut, což přitom momentálně zabere i technologii rychlého nabití přinejmenším hodinu.

To by nemuselo samozřejmě znamenat pokrok jen ve světě baterií pro smartphony, ale především v elektromobilovém průmyslu, který momentálně úzce souvisí s vývojem ceny baterií. Z nejednoho průzkumu totiž vyplývá, že pokud klesne cena baterií o polovinu současné hodnoty, mohly by elektromobily nahradit klasická auta se spalovacím motorem. Důležité tedy je, jakým směrem a jak rychle vědci pokročí ke svému cíli – navýšení kapacity a zkrácení doby nabíjení. Možná už zítra…