Nové slibné technologie pro ukládání energie realizovatelné už v této dekádě

Datum 10.10.2021

foto: Unsplash

Nedostatek energie je obecně považován za jeden ze základních existenčních problémů naší civilizace, ale ve skutečnosti je jí dost – jen ne tam a tehdy, když je potřeba, protože ji neumíme efektivně skladovat. Přestože první automobily poháněla elektřina a první vůz, kterému se roku 1899 podařilo překonat bariéru 100 km/h byl elektromobil, pokrok v ukládání elektrické energie se pak na dlouho zastavil.

Teprve v poslední době elektromobily slaví comeback, stále však ještě nemají vyhráno. Jejich akumulátory na bázi lithia (v současnosti jde o typ Li-ion) sice disponují poměrně vysokou energetickou hustotou a absencí paměťového efektu, nechybí ale ani mouchy, o nichž se moc nemluví. Jde především o vysokou cenu, samovolné stárnutí, citlivost na chybné nabíjení a vybíjení a riziko požáru v krizových situa-cích. Totéž samozřejmě platí i o stacionárních lithiových bateriích pro vyrovnávání výkyvů v produkci alternativních zdrojů energie.

Proto vědci usilují o vylepšování lithiových článků (nejčastěji cestou experimentů se složením nebo/a uspořádáním elektrod, využitím nanotechnologií a podobně). Ale přestože média chrlí zprávy o senzačních úspěších, žádné takové řešení zatím nedospělo do stádia komerční produkce – a některé dokonce vypadají jako past na investory. Zatím nejblíže k praktickému využití pravděpodobně mají články lithium – železo – fosfát (LFP), které chce Tesla instalovat do nových modelů elektromobilů. Nenabízejí sice lepší výkonové parametry, ale jsou levnější a obejdou se bez ekologicky problematického kadmia.

Ale i kdyby výkonnější a levnější lithiový článek vznikl, nevyřeší základní problém lithia: jeho zdroje jsou na planetě rozdělené nerovnoměrně a získávání je energeticky náročné, což přednosti těchto článků v konečném součtu poněkud devalvuje.

Mnoho vývojových laboratoří se proto zaměřuje na články, které se obejdou bez lithia. Nadějně vyhlíží zejména koncept kombinující stříbro a zinek, který nabízí ještě lepší parametry než lithium, ale stříbro zvyšuje cenu. Nenabíjecí verze těchto článků v lunárním modulu Apolla 13 zachránila posádce život po výbuchu kyslíkové nádrže zásobující palivové články v servisním modulu. Nabíjecí typy se uplatňují v ponorkách.

Ve skutečnosti existuje celá řada kombinací materiálů, které mohou posloužit pro akumulaci elektrické energie, včetně levných a běžně dostupných surovin. Výčet principů a snah dotáhnout je do podoby prakticky použitelného akumulátoru by vydal na knihu, proto jen jeden příklad za všechny: tzv. redox-flow (RFB), které pracují na principu podobném palivovým článkům. Zjednodušeně řečeno, zatímco galvanické akumulátory ukládají energii změnami ve složení elektrod, RFB toho docilují změnou složení elektrolytu. Prostředí mezi katodou a anodou je oddělené polopropustnou membránou podobně jako u palivových článků, systém navíc obsahuje nádrže pro ukládání elektrolytu a čerpadla zajišťující jeho pohyb kolem elektrod. Články jsou tedy podstatně těžší a rozměrnější, takže sice nejsou vhodné pro elektromobilitu, ale mohou najít uplatnění v alternativních elektrárnách, podnicích, domácnostech a podobně. Důležité je, že se vyrábějí z běžně dostupných materiálů, mají velkou životnost a nedochází u nich k samovolnému vybíjení. Velkou pozornost jim věnují zejména německá vývojová pracoviště.

Někteří odborníci soudí, že skutečné řešení problémů akumulace elektřiny mohou v budoucnu představovat ultrakapacitory (superkapacitory, superkondenzátory), které pracují výhradně na fyzikálním principu. V podstatě jde o klasický kondenzátor, jenže s mnohem vyšší kapacitou (řádově ve Faradech), což skýtá celou řadu výhod. Nejsou například problémy s nabíjecí dobou, protože náboj do nich lze prostě “nalít”, jako vodu do sklenice. Ze stejného důvodu snesou velkou zátěž, takže v případě potřeby nabízejí velký okamžitý výkon. Neničí je hluboké vybíjení, jako je tomu u mnoha chemických článků. Nestárnou a nedegenerují tak rychle jako li-ion akumulátory.

Problém je, že se u nich zatím daří dosahovat jen poměrně nízké energetické hustoty, takže se v současnosti používají převážně v záložních zdrojích, nebo jako doplněk lithiových článků v elektromobilech pro získání okamžitého velkého výkonu (při akceleraci atd.) Řešení se pravděpodobně nachází ve využití nanotechnologií, zejména grafenů, má se však za to, že bude potřeba ještě dlouhého vývoje. Není ale ani vyloučené, že nejdříve se musí zaplatit obrovské investice do lithiových technologií, než superkapacitory dostanou zelenou.

Jan A. Novák

Volty 700 x 200 px

Komentáře