Obviněn: Budoucnost baterií

Než si uvaříte ranní kávu, zapojíte auto do zásuvky. Než si připravíte kávu, nabije se vůz z nuly na sto a je připraven na stovky kilometrů, kdy budete sedět a nechávat se vozit na obchodní schůzky. Tento scénář je začínající realitou, která vyplývá z nedávných průlomů v technologii baterií. Od elektromobilů (EV) přes chytré telefony až po velkokapacitní úložiště se prosazují úpravy a alternativy k současnému vedoucímu modelu baterií, lithium-iontovému (Li-ion). 

Co se chystá?
Roste seznam nových technologií, které mohou odemknout budoucnost baterií - některé jsou životaschopnější než jiné. Jedním z vylepšení lithiových baterií je vývoj tzv. pevnolátkových li-ion baterií, z nichž nejslibnější využívají grafen. Tato technologie poskytuje vyšší stabilitu, delší životnost a výrazně vyšší rychlost nabíjení. Společnost Samsung oznámila, že vyvíjí baterii na bázi grafenu, která má potenciál zvýšit kapacitu baterie téměř o 50% a zvýšit rychlost nabíjení o 500%, tedy na přibližně 12 minut pro plné nabití. Důsledky jsou slibné i pro trh s elektromobily, kde by grafenové baterie mohly zajistit rychlost nabíjení podobnou rychlosti smartphonu a dojezd 500 km.
Inovativní modifikace současných lithiových baterií využívá místo grafitu písek a dosahuje třikrát lepších výsledků než tradiční lithiové baterie. Díky použití písku je jejich výroba také výrazně levnější a jsou netoxické a šetrné k životnímu prostředí.
Dalším ekologickým řešením je voda. Kapalinové průtokové baterie využívají vodu s neutrálním pH k dlouhodobému uchovávání energie a lze je použít i k výrobě energie. Jedna australská společnost pracuje na vytvoření největší baterie na světě s využitím přírodního jezera a systému turbín a tunelů. Výrobci chytrých telefonů také vidí potenciál v použití této technologie pro malé aplikace.
Dalším pozoruhodným uchazečem jsou sodíkové baterie. Tyto solné baterie by mohly být až sedmkrát účinnější než jejich li-ionové protějšky. Ačkoli komercializace je možná ještě deset let vzdálená, solné baterie by mohly zcela nahradit lithiové baterie, protože jejich výroba by byla výrazně levnější a zároveň by nabízely lepší výkon.
Mezi další technologie, které se aktivně zkoumají a vyvíjejí pro baterie, patří fotosyntéza, zlaté nanodrátky, palivové články, solární baterie, pěnové baterie a nositelné baterie.

Jaká je situace dnes?

Společnost Tesla, která je již nyní největším odběratelem li-ionových baterií, je na nejlepší cestě stát se díky továrnám Tesla Gigafactory největším výrobcem. První z nich - v americké Nevadě - bude vyrábět li-ionové baterie, kterých Tesla potřebuje zhruba tolik, kolik činí současná celosvětová nabídka. Továrna je společným projektem Tesly a japonského Panasonicu a Tesla doufá, že do roku 2020 bude vyrábět baterie s cenou nižší než $100 za kWh. Snížení ceny li-ion baterií znamená motivaci k využívání alternativních zdrojů energie a generální ředitel Elon Musk plánuje v blízké budoucnosti vybudovat mnoho dalších továren Gigafactory. Pro navrhovanou evropskou továrnu Tesla Gigafactory údajně zvažoval mimo jiné Českou republiku a Finsko.
Mezi nejznámější dodavatele baterií patří společnosti Samsung a LG Chem, ale hned za nimi je Čína. Vzhledem k rozsahu předpokládané poptávky - důsledek vývoje elektrických vozidel a systémů skladování - jsou požadavky na výrobu bateriových článků bezprecedentní. V posledních třech letech se výrobní kapacita bateriových článků více než zdvojnásobila, a to především díky výrobě článků v Číně, která již má větší podíl na celosvětové výrobě než Japonsko.
Jednoho důstojného protivníka najdeme přímo v České republice: HE3DA Ltd. Společnost HE3DA, která se sama prohlašuje za inovátora v oblasti aplikovaného výzkumu a komercializace bateriových technologií, využívá vysoké rychlosti nabíjení a vybíjení baterií na bázi nanotechnologií; po četných testech našli výzkumníci způsob, jak zvýšit bezpečnost baterií a snížit výrobní náklady přibližně na 1/20 současné normy.
Společnost HE3DA se spojila s firmou European Metals, která vlastní práva na průzkum v okolí české obce Cínovec. Toto místo je tak bohaté na lithium, že by mohlo představovat asi 3% celosvětových zásob lithia, což z něj činí největší evropský zdroj. Svou blízkostí k hranicím s Německem, dlouhou tradicí těžby a vysokou mírou nezaměstnanosti přilákalo mnoho producentů. Společnost Daimler, majitel Mercedes-Benz, staví v německém městě vzdáleném pouhých 90 km od obce svou druhou továrnu na lithiové baterie.

Řízení budoucnosti
Soutěž o dokonalou baterii je nejrozšířenější v automobilovém průmyslu. Podle analytiků budou elektromobily do roku 2040 představovat celosvětové odvětví v hodnotě $240 miliard a za 20 let budou představovat až 40% celosvětových nákupů vozidel. To znamená, že se ročně prodá 40 milionů elektromobilů, i když globální trh s vozidly zaznamená nulový nárůst.
V současné době jsou elektromobily poháněny především dobíjecími li-ionovými bateriemi. Jejich vysoká hustota energie zajišťuje životnost dostatečnou pro většinu elektromobilů a jsou stále dostupnější. Li-ion články jsou však také poměrně křehké, citlivé na teplotu a - přestože se mohou pochlubit velkou životností - postupné zhoršování jejich vlastností lze pozorovat téměř okamžitě, a to i po nulovém používání.
Jedním z řešení může být nahrazení tekutiny pevnou látkou. Tekutý elektrolyt v současných li-iontech umožňuje průchod nabitých částic. Některé pevné látky také umožňují tento průchod, ale ne takovou rychlostí, jaká je potřebná pro výkonná zařízení. Toyota však prohlásila, že do roku 2020 uvede na trh nový elektromobil, který bude poháněn pevnou lithiovou baterií. Pokud by se tato pevná forma baterie uskutečnila, eliminovalo by se tím riziko fi re a otevřely by se dveře celokovové anodě, která nabízí větší energetickou kapacitu. To by bylo průlomové.
Existuje také možnost, že vláda baterií skončí, protože společnosti jako General Motors (GM), Toyota, Volkswagen a dokonce i UPS vyvíjejí elektromobily na vodíkový pohon, které překonávají dojezd ostatních elektromobilů na jedno natankování. Vodík nabízí čistou energii, jejímiž jedinými konečnými produkty jsou teplo a voda. Elektromobil s vodíkovými palivovými články má elektromotor, ale elektřinu si vyrábí přímo na palubě z uloženého vodíkového paliva. Sběr vodíku je však problematický: musí se natlakovat a skladovat v nádržích, které jsou mnohem větší než energeticky ekvivalentní nádrž benzínu, a je časově velmi náročný. Další pokrok je proto nezbytný pro rozvoj této technologie.