Predstav si batériu, ktorá je výrazne ľahšia než tie dnešné, nehorí a dokáže uložiť takmer dvojnásobok energie. Presne na takejto technológii dnes pracujú vedci v Nemecku. Ak by sa im podarilo dostať ju do praxe, mohla by zmeniť elektromobily, drony aj lietadlá spôsobom, aký sme doteraz nepoznali.
Výskum prebieha v Drážďanoch na pôde Fraunhoferovho inštitútu IWS. Vedci tam vyvíjajú novú generáciu lítiovo-sírových batérií s pevnou konštrukciou, ktoré majú vyriešiť problémy, pre ktoré sa tento typ batérií doteraz nikdy masovo nepoužíval.
Prečo dnešné batérie narážajú na svoje limity
Elektromobily dnes fungujú najmä vďaka lítiovo-iónovým batériám. Sú spoľahlivé, ale majú jednu zásadnú nevýhodu. Sú ťažké. Ak chceš dlhší dojazd, musíš do auta vložiť viac batérií, čo znamená vyššiu hmotnosť, vyššiu cenu a nižšiu efektivitu.
Okrem toho používajú drahé a problematické materiály. A práve tu prichádza na scénu síra.
Čo robí lítiovo-sírové batérie takými zaujímavými
Síra je ľahká, lacná a je jej veľa. Z pohľadu chémie má jednu obrovskú výhodu. Dokáže viazať oveľa viac energie než materiály, ktoré sa používajú v bežných batériách.
V prepočte to znamená, že lítiovo-sírová batéria môže byť pri rovnakej kapacite výrazne ľahšia. Alebo pri rovnakej hmotnosti ponúknuť oveľa dlhší dojazd.
Prečo sa na nich teda nejazdí už dnes
Problém bol v tom, ako tieto batérie fungovali doteraz. Používali kvapalný elektrolyt. Počas nabíjania a vybíjania v ňom vznikali látky, ktoré sa začali po batérii voľne pohybovať.
Laicky povedané, časť aktívneho materiálu sa stratila tam, kde nemala byť. Batéria sa tým rýchlo opotrebovala a po relatívne krátkom čase stratila kapacitu. Pre auto úplne nepraktické.
Toto je kľúčový rozdiel oproti starým batériám
Nemeckí vedci sa rozhodli ísť inou cestou. Väčšinu kvapalín z batérie odstránili a nahradili ich pevným prostredím.
Síra sa tak počas fungovania batérie nemení na rozpustené látky, ale priamo na pevný sulfid lítia. Nemá sa kam presúvať, nemá sa kde strácať a celý proces je oveľa stabilnejší.
Predstav si rozdiel medzi farbou rozpustenou vo vode a farbou zatvorenou v pevnej hmote. V jednom prípade sa všade rozleje, v druhom ostane presne tam, kde má.
Každá batéria pracuje na pohybe iónov lítia medzi dvoma elektródami. Pri vybíjaní sa energia uvoľňuje, pri nabíjaní sa znovu ukladá.
V pevnej lítiovo-sírovej batérii prebiehajú tieto reakcie kontrolovanejšie. Menej tepla, menšie riziko poškodenia a vyššia bezpečnosť. Práve preto sa pevné batérie považujú za jednu z najbezpečnejších ciest do budúcnosti.
Čísla, ktoré ukazujú potenciál
V laboratórnych podmienkach sa vedcom podarilo dostať na hodnoty presahujúce 600 watt-hodín na kilogram. Bežné batérie v elektromobiloch sú dnes približne na polovici.
Pre reálne použitie je cieľ o niečo nižší, okolo 550 Wh/kg. Aj to by však znamenalo zásadnú zmenu. Buď ľahšie autá, alebo výrazne dlhší dojazd bez zväčšenia batérie.
Myslí sa aj na výrobu, nielen na laboratórium
Vedci neriešia len to, aby batéria fungovala, ale aj to, aby sa dala vyrábať vo veľkom. Nový článok má byť kompatibilný s existujúcimi výrobnými linkami, ktoré dnes produkujú lítiovo-iónové batérie.
Pomáha tomu aj špeciálna technológia suchého nanášania elektród. Vďaka nej je výroba energeticky úspornejšia, ekologickejšia a lacnejšia.
Kde sa s novými batériami stretneme ako prvými
Najskôr tam, kde záleží na každom grame. Lietadlá, drony, bezpilotné systémy a prenosné zdroje energie. Práve tam dokáže vysoký pomer energie k hmotnosti urobiť najväčší rozdiel.
Ak sa technológia osvedčí v týchto oblastiach, cesta do elektromobilov bude oveľa jednoduchšia.
Veľká zmena, ale nie zo dňa na deň
Hotové batérie ešte ale nemáme, priznávajú výskumníci. Funkčné prototypy by sa mali objaviť v najbližších rokoch.
To, čo však tento výskum ukazuje už dnes, je jasný smer. Ak sa lítiovo-sírové batérie s pevnou konštrukciou podaria dotiahnuť do praxe, môžu posunúť hranice toho, čo dnes od batérií očakávame.
