Jaké baterie nás čekají v budoucnosti?

Baterie jsou stále důležitější. Všímáme si toho při naší každodenní práci, protože poptávka po domácích a komerčních úložištích neustále roste. Jsou však baterie udržitelné? Jaké typy článků existují? Jak se bude trh vyvíjet v budoucnu?

Při prvním pohledu na použité suroviny a výrobní procesy baterie by se mohlo zdát, že není ani moc udržitelná, ani šetrná k životnímu prostředí. Obsahuje nedostupné a vzácné suroviny, jako je kobalt, lithium nebo mangan. Těžba i zpracování těchto materiálů má někdy velké sociální a environmentální dopady.

Nelze ale pominout zásadní aspekty – baterie pomáhají řešit závislost na fosilních palivech a jsou díky technickým pokrokům stále udržitelnější. Výběr materiálů se více zaměřuje na snadno dostupné a nekritické zdroje, např. sodík. Také těžba materiálů je stále šetrnější k životnímu prostředí – učíme se z chyb.

Věděli jste, že těžba lithia v Chile je k životnímu prostředí šetrnější? Dříve se solanka (obsahující lithium) čerpala na povrch a skladovala v obrovských nádržích, dokud se voda neodpařila. Takový proces způsobil pokles hladiny podzemní vody.

V současnosti se lithium získává přímo ze solanky a vrací zpět do země.

Každá konstrukce má své výhody a nevýhody. Například válcový tvar umožňuje velmi vysokou objemovou hustotu energie na úrovni buněk a modulů. Kruhový tvar však vyplňuje prostor velmi neefektivně.

Z hlediska hustoty energie může bateriový článek v „pytlíkové“ struktuře držet krok s válcovým tvarem. Využití prostoru je efektivní, ale váčková struktura je velmi pružná, a proto se pod tlakem nafoukne.

Prismatické bateriové články mají sice nízkou hustotu energie, ale zároveň jsou velmi robustní a dobře využívají prostor.

Trh s bateriemi ukazuje na růst – jen v roce 2022 přibylo 214 000 domácích úložišť a přibližně 3 900 komerčních úložišť. Odhady počítají s poptávkou po 2 035 GW v roce 2030. Velká část z toho bude využita pro elektromobilitu. Aby bylo možné uspokojovat poptávku, probíhá výzkum levných a udržitelných alternativ k Li-Ion bateriím.

Vzhledem k potenciálu odvětví probíhá výzkum levných a udržitelných alternativ k lithium-iontovým bateriím. Malý výtah z projektů:

CATL – čínský výrobce sodíko-iontových (Na-ion) baterií (výroba od roku 2023)

V roce 2023 představí čínský výrobce Contemporary Amperex Technology (CATL) novou Na-Ion baterii. Zpočátku mají Na-Ion baterie nahradit olověné akumulátory ve spalovacích automobilech, ale ve střednědobém nebo dlouhodobém horizontu se budou používat i v elektromobilech. Tato technologie baterií zaujme velmi rychlou schopností nabíjení a kompatibilitou, což je pro elektromobily důležité. Společnost CATL rovněž vyvinula kombinaci Li-Ion a Na-Ion článků. Ta je vhodná pro technologii cell-to-pack výrobce a lze ji použít v e-automobilech bez bateriových modulů.

Hliníko-sirná baterie (Massachusettský technologický institut (MIT), USA)

Mezinárodní tým výzkumníků z Massachusettského technologického institutu (MIT) v USA vyvinul technologii hliníko-sirných baterií. Kromě hliníku a síry se k ukládání energie používá chloro-hlinitá sůl, která funguje jako izolační materiál. Četné testovací zkoušky ukázaly, že tato technologie baterií má vysokou rychlost nabíjení. Kromě toho je pro výrobu nutná jen 1/6 nákladů na Li-Ion baterie. Největší výhodou je ale téměř žádné nebezpečí požáru.

Cerenergy – levná alternativa k Li-Ion bateriím?

Fraunhoferův institut pro keramické technologie a systémy IKTS založil společný podnik. Technologie článků se řadí pod značku „Cerenergy“. Nová technologie neobsahuje lithium, kobalt, grafit ani měď. Mohly by se tak omezit nedostatkové suroviny a problémy s dodavatelským řetězcem. Podle výzkumníků jsou výrobní náklady přibližně o 40 % nižší než náklady na Li-Ion baterie. Hlavními součástmi baterií Cerenergy jsou obyčejná sůl nebo baterie Na/NiCl2 a Na/S. Nově vyvinuté akumulátory Cerenergy ACB60 mají údajně delší životnost a jsou schopny dodávat uloženou energii po delší dobu.

Pokud jde o udržitelnost bateriových systémů, ušli jsme už dlouhou cestu. Pokud srovnáme současné technologie těžby a recyklace zdrojů s technologiemi před několika lety nebo desetiletími, i celé odvětví udělalo velký pokrok. Konstrukce článků dosáhla také velmi vysokého standardu bezpečnosti a výkonu. Abychom mohli nabídnout vhodné řešení pro každou aplikaci, potřebujeme kombinaci různých bateriových technologií.

• Bateriové systémy jsou stále udržitelnější.
• Mezi nejčastější provedení patří: cylindrické, prizmatické a pytlíkové.
• V současné době převládají Li-Ion baterie a mezi nimi zejména: chemické články NMC, NMA a LFP.
• Vývoj alternativ k Li-Ion bateriím je stále důležitější.