Nové technologie a trendy v oblasti baterií
Za poslední desetiletí zaznamenaly technologie v oblasti baterií významný pokrok. Velký vliv má snaha o udržitelný rozvoj a využití obnovitelných zdrojů, významný podíl má zvyšující se počet elektronických zařízení u každého z nás. Nároky na kratší dobu nabíjení, vyšší energetickou kapacitu, delší dojezd elektromobilů, nízkou hmotnost a menší zátěž pro životní prostředí – to jsou hlavní motivace pro vývoj nových technologií baterií.
Baterie AGM a EFB začaly být montovány do vozidel vybavených systémem start-stop již před rokem 2010. Zatímco technologie EFB znamenala víceméně pouze zesílené desky a polyesterový mul (umístěný mezi deskou a separátorem), technologie odolnější baterie AGM již má elektrolyt zasáknutý ve skelném rouně. Avšak tyto baterie se stále více používají i pro volný čas, anebo v oblasti průmyslu. Protože mají menší samovybíjení a v případě trakčních baterií mají také vysokou cyklickou odolnost.
Baterie AGM je možné použít i ve vozidlech s rekuperací brzdné energie (tedy v hybridních vozidlech s elektrickým pohonem).
Baterie gelové
Technologie gelových akumulátorů spočívá v tom, že elektrolyt je vázán v křemičitém gelu. Tedy, již není možný únik kyseliny z baterie. Gelové baterie se používají zejména pro volný čas, i v průmyslu ale hlavně tam, kde je možné baterii umístit pouze na boku.
Baterie lithiové
Asi největší pokrok v oblasti technologií baterií zaznamenaly lithiové baterie. První lithiovou baterii (prodejní verzi) vyrobila firma SONY již v roce 1991. Zejména v posledních 10 letech lithiové baterie zaznamenaly obrovský rozvoj a začaly být masivně používány ve všech možných elektronických produktech. Díky svým vlastnostem (delší životnost, nízká hmotnost, velká energetická kapacita, vysoká cyklická odolnost) lithiové baterie postupně nahradily i baterie „technologicky zastaralé“, tedy např. alkalické, ZnCl, ZnCx, NiCD, NiHM, atd.
Lithiové baterie, založené na lithiových iontech, však mají několik nevýhod, jako např. relativně vysoké náklady na výrobu, riziko požárů a škodlivý dopad na životní prostředí. Díky tomu jsou neustále vyvíjeny technologie nové.
Nové baterie LFP a Li-ion baterie pro elektrické automobily
Pro elektrická vozidla byly používány nejvíce baterie NMC (nikl-mangan-kobalt) a NCA (nikl-kobalt-hliník) a také Lithium-iontové (Li-ion) baterie 1. generace.
V oblasti automobilového průmyslu, velký pokrok zaznamenal vývoj nové LFP baterie (lithium-železo-fosfát) pro elektrické automobily. Tato baterie již neobsahuje velmi drahé kovy jako např. nikl, kobalt ani mangan, a proto je levnější. Mezi první automobilové značky, které tyto baterie používají, patří Tesla a Toyota; automobilky KIA Corporation a Hyundai Motor Company na vývoji těchto baterií do elektromobilů intenzivně pracují. V letošním roce LFP baterii začala montovat i automobilka FORD Motor Company do modelu Ford Explorer.
Toyota aktuálně vyvíjí novou generaci Lithium-iontových baterií (Li-ion) s niklovou katodou. Výsledkem by měla být baterie, která bude mít dojezd až 1100 km, a předpokládaná doba nabíjení (z 10 % na 80 % kapacity baterie) by měla být 10 minut. Tyto baterie by se mohly objevit ve vozidlech již v letech 2027 – 2028.
Technologie na bázi vodných elektronů a stabilních radikálů
Technologie na bázi vodných elektrolytů a stabilních radikálů se nazývá vodná hliníková radikálová baterie (AARB) a je prvním takovým typem na světě. AARB využívá vodné elektrolyty místo nebezpečných materiálů, jako jsou organické elektrolyty nebo kobalt. Technologie bude založena na stabilním radikálu TEMPO, a hlinitém triftátu (AL(Oft)3). Díky této technologii, baterie bude odolná proti požárům a stabilní na vzduchu, a to zvýší bezpečnost a udržitelnost baterie. Díky použitým stabilním radikálům, které obsahují organické molekuly, baterie budou mít ještě vyšší kapacitu, delší životnost a budou více šetrné k životnímu prostředí. Další velkou výhodou bude velmi rychlé nabíjení. Baterie se bude moci uplatnit zejména v oblasti spotřební elektroniky (mobilní telefony, notebooky, …), pro solární systémy. Velká výhoda v případě použití v elektromobilech bude spočívat zejména ve velmi krátké době nabití baterie a delšímu dojezdu.
Technologie na bázi Lithium – síra
Tuto technologii (Li-S) vyvíjejí vědci v Austrálii. K výrobě baterie bude potřeba relativně méně lithia. Baterie bude mít lithium-foliovou anodu potaženu „nanoporézním polymerem“. Hlavní výhodou bude nižší cena, vyšší energetická kapacita a delší životnost. Využitelnost bude v domácnostech, elektromobilitě a hlavně jako úložiště pro energii fotovoltaických systémů.
Technologie Titan Silicon
V Kalifornii je vyvíjena nová technologie lithiových baterií. Grafit v lithiových bateriích bude až ze 100 % nahrazen křemíkem, který pojme až 10x více energie. Baterie bude obsahovat materiál Titan Silicon (nanokompozitní materiál). Díky této technologii s nanokompozitními materiály se zvýší dojezd elektromobilu až o 40 % a čas nabíjení se zkrátí o 80 %. Dojezd elektromobilu až 800 km a nabíjení 10 minut (na 80 % kapacity) by segment elektromobilů změnilo na úplně jinou úroveň. Výrobcem těchto baterií je firma Panasonic – dodavatel přibližně 10 % baterií do elektromobilů mnoha světových značek (např. do modelů Tesla). Jako jednou z prvních automobilek by tuto technologii měl využívat Mercedes-Benz, v modelu SUV třídy G, již v roce 2025, nejpozději v r. 2026.
Nová technologie baterií s pevným elektrolytem (SSB)
Další nová technologie baterií s pevným elektrolytem (SSB=solid-state battery) je nyní testována společností PowerCo – bateriovou divizí firmy Volkswagen group a.g. Součástí baterie je tzv. keramický separátor, umístěný mezi katodou a anodou. Díky tomuto separátoru dochází k minimální tvorbě dendridů - kovových krystalů. Výhodou SSB technologie – zejména ve srovnání s Li-ion bateriemi, je vyšší energetická hustota, delší životnost baterie, rychlejší nabíjení (80% kapacity už za 15 minut), delší dojezd elektromobilu (500-600km), minimální riziko vzniku požáru, nižší samovybíjení.
Tato technologie je stále ve fázi testování, při kterém baterie dosahuje velmi dobrých výsledků. I když zatím není stanoven počátek výroby ani dodávek do vozů Škoda / VW group, potenciál pro budoucí výrobní proces má tato technologie velký.
Technologie sodíko-iontových (Na-ion) akumulátorů
Tato technologie byla vyvinuta a představena čínskou firmou CATL (Contemporary Amperex Technology) již v roce 2021. Jako nosič nábojů se používají ionty sodíku (Na+) . Výhodou baterie s technologií Na-ion je velmi rychlé dobíjení (za 15 minut je baterie nabitá na 80% kapacity). Mezi další výhody patří také např. lepší odolnost proti extrémním teplotám (při -20º C, si udrží 90% kapacity), nižší cena a lepší dostupnost sodíku. Problém je nižší energetická hustota, než mají baterie Li-ion. Proto více světových společností pracuje na vývoji této technologie, a snaží se o dosažení vyšší energetické hustoty. Čínská firma CATL spolupracuje například s Teslou, další čínská firma BYD plánuje výstavbu velkých továren na výrobu baterií na bázi sodíkové technologie. Nyní je tato technologie využívána zejména pro velká bateriová úložiště (vyrábí firma Tesla inc.). Baterie založené na sodíkových iontech (Na-ion) začaly být populární po období pandemie Covid-19, kdy ceny všech drahých kovů se enormně zvyšovaly. Nicméně, aktuálně zatím není jasné, jestli tato technologie má budoucnost, anebo se nejedná o slepou uličku.
Technologie Hliníko-sirná (Al-S)
Technologii vyvinul Massachusettský technologický institut v USA. K ukládání energie je použita chloro-hlinitá sůl, která funguje jako izolační materiál. Velkou výhodou ve srovnání s Li-ion baterií je výrazně nižší cena, vysoká rychlost nabíjení a téměř nulové riziko vzniku požáru.
Technologie článků Cerenergy
Technologie článků Cerenergy byla vyvinuta v německém Frauhoferově institutu pro keramické technologie. Baterie vyrobená touto technologií obsahuje lithium, kobalt, grafit a měď, součástí je i sůl Na-NiCL2 a Na-S. Velkou výhodou ve srovnání s baterií Li-ion jsou především výrazně nižší náklady, delší životnost a nižší úroveň samovybíjení.
Nové technologie baterií se neustále vyvíjí, za několik desítek let budou baterie dosahovat řádově úplně jiných parametrů než dnes. Je pravděpodobné, že současné Li-ion baterie budou v budoucnu postupně nahrazovány bateriemi, které budou levnější, budou mít vyšší energetickou kapacitu, budou bezpečnější a ohleduplnější k životnímu prostředí, déle vydrží nabité a budou se kratší dobu nabíjet. Díky tomu dojde k velkým změnám zejména v oblasti elektromobility, která bude dostupnější a uživatelsky příjemnější, ale také v oblasti fotovoltaiky a dalších oblastech lidské činnosti, kde významnou roli hrají elektronické produkty s akumulátory.