Zatím jen jedna opravdová „revoluce“
Baterie jsou nedílnou součást většiny přenosné elektroniky, ale i záložních systémů a v nejnovějším případě také stále více v oblasti automobilového průmyslu u elektromobilů. Mohlo by se ale zdát, že vývoj v oblasti baterií „zasekl“ - stále jsou totiž slibována nějaká zcela nová řešení, přitom už se dlouhé roky v praxi zdánlivě nic nemění. Zmapujme si proto, jak to aktuálně s vývojem akumulátorů pro elektronická zařízení je.
I když počátky prvních pokusů o vytvoření baterie sahají do roku 1749, kdy první testy s propojenými kondenzátory prováděl americký prezident a tak trochu génius Benjamin Franklin, v průběhu let se poměrně ustálily hlavní chemické prvky, které se pro konstrukci baterií používají.
Právě chemická interakce se stala zásadní revolucí ve vývoji baterií a v průběhu let docházelo a dochází k neustále optimalizaci toho, jaké vlastnosti má daný typ baterie z pohledu kapacity a hmotnosti vzhledem k uložené energii, maximální rychlost nabíjení nebo vybíjení a samozřejmě i velikost nebo třeba teplotní stabilita.
Klasické tužkové baterie jsou na trhu už přes sto let a i když prošli chemickou modernizací, vědci nám neustále prezentují „revoluční“ baterie. Na první pohled se ale stále nic moc neděje. Jaká je tedy realita a jaké revoluční baterie jsou ve vývoji?
Sodium-ion: Dlouhé čekání na levné řešení
Technologie baterií Sodium-ion sází především na to, že není potřeba drahé a vzácné lithium a naopak se pro chemickou reakci používá všudypřítomný sodík, kterého je na naší planetě obrovské množství.
Technologie Sodium-ion je ve vývoji už od 80. let minulého století a vzhledem k tomu, že stále nejsou k dispozici, je vidět, že revoluce občas trvá poměrně dlouhou dobu, alespoň než se dostane z prvních pokusů v laboratoři ke komerčnímu nasazení a hromadné výrobě.
Díky použití soli by tyto baterie měly být extrémně levné a použitelné jak pro mobilní telefony, tak i elektromobily. Zatím ale stále vázne použitelnost v praxi. Jedna věc je objevit funkční princip, druhá věc je schopnost efektivně a co nejlevněji vyrobit akumulátory, které budou mít dostatečnou kapacitu a zvládnou i rychlé dobíjení.
Dostupnost: 5 až 10 let.
Zinc-air: Konec problémů s hašením
Baterie typu Zinc-air už bylo možné laboratorně vyrábět dříve, avšak problém byl s cenou při případné hromadné výrobě. To se ale dle tvrzení podařilo už vědcům vyřešit použitím levnějších ostatních komponent, které jsou k výrobě potřeba.
Technologie Zinc-air má být v mnoha směrech lepší než Li-Ion, protože použité chemické prvky nejsou vznětlivé, což je určitě dobře nejen pro elektroniku, ale i pro elektromobily. Zatím se ale využívá jen okrajově, například v naslouchátkách.
Baterie na bázi zinko-vzdušného článku využívají chemické reakce zinku a vzdušného kyslíku, která vzniká při oxidaci zinku. Dokáže akumulovat dostatek potřebné energie, zásadní nevýhodou je ale slabý vybíjecí proud. A problematické je stále také opakované dobíjení.
Dostupnost: neznámá
Aluminium-air: Zašlá naděje elektromobilů
Lehká baterie, která má zároveň vysokou kapacitu. Takovými vlastnostmi se pyšní technologie Aluminium-air, která využívá kyslík pro katodu. Elektromobily s touto baterií by dojely na jedno nabití i přes tisíc kilometrů, alespoň tak to tvrdily zprávy z roku 2014.
Technologie má ale řadu problémů, včetně výdrže. Největší komplikací je však vhodný elektrolyt, ze kterého by se dal hliníkovo-vzduchový článek vytvořit, aby byl dlouhodobě funkční.
I přes to jsou ale tyto baterie potenciálně zajímavé například pro lodě a armádní použití.
Dostupnost: neznámá
Carbon-ion: Naděje pro rozvodné sítě
Další nadějný typ baterie používá uhlík k tomu, aby bylo dosaženo některých vlastností kondenzátorů - rychlé nabíjení s možností rychlého vybíjení, přičemž si udrží skvělé vlastnosti jako současné Li-ion baterie.
O první komerčně dostupnou verzi se postarala společnost Zap&Go, která technologie předvedla u powerbanky. Cílí však hlavně na rychlé nabíječky. Díky tomu bude možné ukládat energii ze sítě s menším výkonem do baterie a například rychle nabít elektromobil přímo z Carbon-ion baterie, aniž by se v danou chvíli používala stávající elektrická rozvodná síť, která takový výkon na místě ani nemá.
Zajímavostí je také schopnost rychlého vybití baterie elektromobilu s cílem prodat načerpanou energii zpátky do sítě za výhodnou cenu.
Hlavní výhodou karbon-iontových akumulátorů má být především životnost. Akumulátor si má udržet své vlastnosti až 30 let, což ho právě předurčuje pro nasazení v energetice.
Dostupnost: blízká budoucnost
Solid state Li-ion: Ideál pro elektromobily
Už před čtyřmi lety inženýři a vědci ze společnosti Toyota testovali pevné (solid state) Li-ion baterie, které řeší dřívější problémy této technologie - nízký přenos elektrolytu.
Díky novým chemickým prvkům se jim podařilo i u této baterie vytvořit vlastnosti jako u kondenzátoru - rychlé vybití a nabití za pouhých pár minut. Protože se jedná o solid state baterii, je bez problému funkční i při nízkých teplotách kolem -30 stupňů Celsia a také při vysokých teplotách až 100 stupňů Celsia. To je důležitá hlavně u elektromobilů, které se potýkají s různými teplotními podmínkami.
Technologie má ale stále řadu nevychytaných částí a problémů, takže zatím není jasné, kdy se vlastně na trhu objeví.
Dostupnost: vzdálenější budoucnost
Silicon Li-ion: Křemík nejen pro čipy
Písku je obrovské množství a platí to tak samozřejmě i pro křemík, který se ve velkém používá pro polovodičové součástky. A právě křemík je základem nového typu baterií, kde nahrazuje grafit.
Stále se jedná o Li-ion baterie, ale díky křemíku mají tyto baterie třikrát lepší vlastnosti. Původní prototypy měly problémy s výdrží, respektive snižováním kapacity, avšak to se podařilo vyřešit společnosti Silanano, která u této technologie slibuje o 20 % až 40 % vyšší výkon. Hromadná výroba je přitom možná ve stávajících továrnách.
S použitím se počítá v elektromobilech, ale i v mobilech nebo nositelnostech.
Dostupnost: blízká budoucnost
Ryden dual carbon: snové parametry
Baterii s označením Ryden dual carbon vyvíjí společnost Power Japan Plus a jak je z názvu patrné, používá uhlík. Velkou výhodou této baterie je možnost hromadné výroby ve stávajících továrnách a strojích pro Li-ion baterie. První vzorky baterie byly dostupné už v roce 2014.
Oproti technologii Li-ion baterií umožňuje až 20× rychlejší nabíjení, je více odolná a zvládne až 3 tisíce nabíjecích cyklů. Při běžné pokojové teplotě se při nabíjení vůbec nezahřívá.
Nadějná technologie je však stále ve fázi experimentálních prototypů a vývoj se již táhne dlouhé roky bez výsledků, které by dávaly naději na urychlení vývoje a brzké nasazení do praxe.
Dostupnost: neznámá
Liquid Flow
Zajímavým typem „revoluční“ baterie je Liquid Flow, která je tvořená organickými molekulami zajišťující uložení energie v pH neutrální vodě. S touto netoxickou technologií se původně počítalo pro nasazení v rámci soustavy solárních panelů nebo větrných elektrárnách, kdy by v blízkosti byly nádrže pro uložení energie. Dle testů si tato technologie vede skvěle i v porovnání se současnými vyšperkovanými bateriemi Li-ion.
Vědci z ETH Zurich a IBM ale vytvořili u miniaturizovanou variantu této baterie, která by byla potenciálně použitelná třeba i v menších zařízení jako jsou mobilní telefony a podobně.
Výhodou je, že vzhledem k povaze lze baterie použít i jako chladič, což se u stále výkonnější elektroniky rozhodně hodí. Prototyp této baterie měl výkon 1,4 wattu na čtvereční centimetr.
Dostupnost: současnost/budoucnost dle typu
Grafenová baterie od Samsungu
Nový typ baterie využívající grafen, vyvíjí i Samsung, který má s hromadnou výrobou baterií velké zkušenosti. V tomto případě se grafen používá k vylepšení Li-Ion baterie, která díky tomu může mít až o 45 % větší kapacitu a je možné ji nabíjet pětkrát rychleji než standardní Li-Ion baterie.
Samsung prvotní úspěch ve výzkumu této baterie oznámil v roce 2017, kdy ale bude na trhu, zatím není známo. Je to další příklad, kdy nadějná technologie vzbudila rozruch v okamžiku představení, ale následně byla postupně zapomenuta, protože vývoj narazil na efektivní využitelnost v praxi.
Dostupnost: neznámá
Baterie z moře
Vědci IBM se pochlubili novým typem baterie, která má lepší vlastnosti než Li-ion a přitom nevyžaduje žádné těžké prvky. Vystačí si pouze s chemickými prvky, které se nachází v mořské vodě, takže není nutné dodatečně vyrábět další chemikálie.
Díky tomu, že zdrojem je moře, má být baterie levnější než Li-ion, přičemž zvládne uložit větší množství energie a elektrolyt je teplotně stabilnější. Výzkum se nyní zaměřuje hlavně na komerční použití a tedy i možnost hromadné výroby. Ale od loňské zprávy jsme od IBM o novinkách v této oblasti zatím stále nic nového neslyšeli.
Dostupnost: neznámá
Ohebné baterie
Na trhu se začínají objevovat i nejrůznější mobilní zařízení, která mají ohebnou konstrukci. Právě zde by se tak možná hodila další revoluce v podobně ohebných baterií.
Ohebné baterie už existují a jsou i vyzkoušené. Například Flexible Li-Pol baterie od J. Flex vydrží přes 200 tisíc ohnutí bez ztráty kapacity, je vodotěsná a pyšní se vysokou kapacitou. Ideální použití je například v nositelnostech - oděvech, respektive v „chytrém“ oblečení.
Dostupnost: současnost
Spousta revolučních technologií je ve vývoji
V tomto přehledu jsme sepsali jen několik typů baterií, které jsou svým způsobem „revoluční“, ale je jich samozřejmě mnohem více a lze předpokládat, že to budou stovky rozličných druhů, které mají tyto ambice.
Na druhou stranu je nutné počítat s tím, že od výzkumu prototypu a prvního vzorku elektrolytu k finalizaci může být opravdu dlouhá doba. V některých případech může jít i o několik desítek let vývoje.
Všechny zprávy o revolučních bateriích, jsou tak náznakem jen určitých milníků v celkovém vývoji dané bateriové technologie, která se v konečné fázi může ukázat, jako neefektivní pro reálné použití při hromadné výrobě.
Výhodou je, že větší variabilita umožňuje vytvořit baterie pro specifické účely, protože mají odlišné vlastnosti, které jsou pro dané prostředí důležitější než jiné.
Postupná evoluce Li-ion probíhá neustále
Elon Musk se již v minulosti vyjádřil, že žádné „revoluční“ baterie aktuálně neexistují a to, co se nás skutečně týká v posledních letech, je velmi precizní zlepšování technologie Li-Ion, kdy se daří tuto technologii zlepšovat tempem přibližně 5 % za rok. A to je při pohledu několika let zpět už docela výrazný pokrok.
Do výzkumu technologie Li-ion se investuje největší množství peněz v rámci všech možných firem - jak výrobců baterií, tak i univerzit a dalších výzkumných pracovišť. Je však nutné připomenout, že i Li-ion baterie mají velké množství druhů, které se výrazně liší vlastnostmi a vylepšování všech tak zajišťuje rychlou evoluci napříč segmentem.
Vědeckofantastická baterie, která by měla nejlepší výdrž, nejrychlejší nabíjení, nejnižší hmotnost a měla by nízkou cenu, zatím stále neexistuje a hned tak existovat nebude.
Tento článek je součástí balíčku PREMIUM+
Odemkněte si exkluzivní obsah a videa bez reklam na devíti webech.
Vyzkoušet za 1 Kč
Nebo samostatné Živě Premium