Obvinený: Budúcnosť batérií

Predtým, ako si urobíte rannú kávu, zapojíte auto do zásuvky. Kým si pripravíte kávu, nabije sa auto z nuly na 100 a je pripravené na stovky kilometrov, počas ktorých budete sedieť a necháte sa voziť na obchodné stretnutia. Tento scenár je začínajúcou realitou vyplývajúcou z nedávnych prelomov v technológii batérií. Od elektromobilov (EV) cez smartfóny až po veľkokapacitné úložiská, úpravy a alternatívy k súčasnému vedúcemu modelu batérií, lítium-iónovým (Li-ion), získavajú na popularite. 

Čo je na obzore?
Rastie zoznam nových technológií, ktoré môžu odomknúť budúcnosť batérií - niektoré sú životaschopnejšie ako iné. Jedným z vylepšení lítiových batérií je vývoj tzv. pevnolátkových lítium-iónových batérií, z ktorých najsľubnejšie využívajú grafén. Táto technológia poskytuje vynikajúcu stabilitu, dlhšiu životnosť a výrazne zvyšuje rýchlosť nabíjania. Spoločnosť Samsung oznámila, že vyvíja batériu na báze grafénu, ktorá má potenciál zvýšiť kapacitu batérie takmer o 50% a zvýšiť rýchlosť nabíjania o 500%, teda na približne 12 minút na plné nabitie. Dôsledky sú sľubné aj pre trh s elektrickými vozidlami, kde by grafénové batérie mohli priniesť rýchlosť nabíjania podobnú rýchlosti smartfónu a dojazd 500 km.
Inovatívna modifikácia súčasných lítiových batérií využíva namiesto grafitu piesok, čím dosahuje trikrát lepšie výsledky ako tradičné lítiové batérie. Vďaka použitiu piesku je ich výroba výrazne lacnejšia a sú netoxické a šetrné k životnému prostrediu.
Ďalším ekologickým riešením je voda. Kvapalné prietokové batérie využívajú pH neutrálnu vodu na dlhodobé uskladnenie energie a môžu sa použiť aj na výrobu energie. Istá spoločnosť v Austrálii pracuje na vytvorení najväčšej batérie na svete s využitím prírodného jazera a systému turbín a tunelov. Výrobcovia smartfónov tiež vidia potenciál v použití tejto technológie pre malé aplikácie.
Ďalším pozoruhodným uchádzačom sú sodíkovo-iónové batérie. Tieto soľné batérie by mohli byť až sedemkrát účinnejšie ako ich lítium-iónové náprotivky. Hoci komerčné využitie je ešte asi desať rokov vzdialené, batérie na báze soli by mohli úplne nahradiť lítiové batérie, pretože ich výroba by bola oveľa lacnejšia a zároveň by ponúkali lepší výkon.
Medzi ďalšie technológie, ktoré sa aktívne skúmajú a vyvíjajú pre batérie, patrí fotosyntéza, zlaté nanodrôty, palivové články, solárne batérie, penové batérie a batérie na nosenie.

Aká je situácia dnes?

Spoločnosť Tesla, ktorá je už teraz najväčším odberateľom lítium-iónových batérií, je na najlepšej ceste stať sa najväčším výrobcom vďaka továrňam Tesla Gigafactories. Prvá z nich - v Nevade v USA - bude vyrábať lítium-iónové batérie, ktorých Tesla potrebuje približne toľko, koľko je súčasná celosvetová ponuka. Továreň je spoločným projektom Tesly a japonského Panasonicu a Tesla dúfa, že do roku 2020 bude vyrábať batérie s cenou nižšou ako $100 za kWh. Zníženie ceny lítium-iónových batérií znamená stimuláciu využívania alternatívnych zdrojov energie a generálny riaditeľ Elon Musk plánuje v blízkej budúcnosti vybudovať mnoho ďalších tovární Gigafactory. Pre navrhovanú európsku továreň Tesla Gigafactory údajne zvažoval okrem iného Českú republiku a Fínsko.
Medzi najznámejších dodávateľov batérií patria spoločnosti Samsung a LG Chem, ale hneď za nimi je Čína. Vzhľadom na rozsah predpokladaného dopytu - výsledok vývoja elektrických vozidiel a systémov skladovania - sú požiadavky na výrobu batériových článkov bezprecedentné. Za posledné tri roky sa výrobná kapacita batériových článkov viac ako zdvojnásobila najmä vďaka výrobe článkov v Číne, ktorá už má väčší podiel na celosvetovej výrobe ako Japonsko.
Jedného dôstojného protivníka nájdete priamo v Českej republike: HE3DA s.r.o. Spoločnosť HE3DA, ktorá sa sama vyhlasuje za inovátora v oblasti aplikovaného výskumu a komercializácie technológií batérií, využíva vysokú rýchlosť nabíjania a vybíjania batérií na báze nanotechnológií; po mnohých testoch výskumníci našli spôsob, ako zvýšiť bezpečnosť batérií a znížiť výrobné náklady približne o 1/20 súčasnej normy.
Spoločnosť HE3DA sa spojila so spoločnosťou European Metals, ktorá vlastní práva na prieskum v okolí českej obce Cínovec. Toto miesto je také bohaté na lítium, že by mohlo predstavovať približne 3% celosvetových zásob lítia, čo z neho robí najväčší zdroj v Európe. Svojou blízkosťou k hraniciam s Nemeckom, dlhou tradíciou ťažby a vysokou mierou nezamestnanosti prilákala mnohých výrobcov. Spoločnosť Daimler, vlastník značky Mercedes-Benz, stavia svoju druhú továreň na lítiové batérie v nemeckom meste vzdialenom len 90 km od obce.

Hnacia sila budúcnosti
Súťaž o dokonalú batériu je najrozšírenejšia v automobilovom priemysle. Podľa analytikov budú elektrické vozidlá do roku 2040 predstavovať celosvetové odvetvie v hodnote $240 miliárd a za 20 rokov budú predstavovať až 40% celosvetových nákupov vozidiel. To znamená, že ročne sa predá 40 miliónov elektrických vozidiel, aj keď globálny trh s vozidlami zaznamená nulový nárast.
V súčasnosti sú elektrické vozidlá poháňané predovšetkým nabíjateľnými lítium-iónovými batériami. Ich vysoká hustota energie zaručuje životnosť dostatočnú pre väčšinu elektrických vozidiel a sú čoraz dostupnejšie. Li-ion články sú však aj relatívne krehké, citlivé na teplotu a napriek tomu, že sa môžu pochváliť veľkou životnosťou, ich postupné opotrebovanie možno pozorovať takmer okamžite, dokonca aj po nulovom používaní.
Jedným z riešení môže byť nahradenie tekutiny pevnou látkou. Elektrolyt v kvapaline v súčasných Li-iontoch umožňuje prechádzať nabitým časticiam. Niektoré pevné látky tiež umožňujú tento prietok, ale nie takou rýchlosťou, aká je potrebná pre vysokovýkonné zariadenia. Toyota však tvrdí, že do roku 2020 uvedie na trh nový elektromobil, ktorý bude poháňaný pevnou lítiovou batériou. Ak by sa táto pevná forma batérie zrealizovala, odstránilo by sa riziko opätovného vznietenia a otvorili by sa dvere celokovovej anóde, ktorá ponúka väčšiu energetickú kapacitu. To by bolo prelomové.
Existuje aj možnosť, že vláda batérií sa skončí, pretože spoločnosti ako General Motors (GM), Toyota, Volkswagen a dokonca aj UPS vyvíjajú elektrické vozidlá na vodíkový pohon, ktoré prekonávajú dojazd ostatných elektrických vozidiel na jedno natankovanie. Vodík ponúka čistú energiu, pričom jedinými konečnými produktmi sú teplo a voda. Elektromobil s vodíkovými palivovými článkami má elektromotor, ale elektrickú energiu si vyrába priamo na palube z uskladneného vodíkového paliva. Zber vodíka je však problematický: musí sa stlačiť a uskladniť v nádržiach, ktoré sú oveľa väčšie ako energeticky ekvivalentná nádrž benzínu, a je časovo veľmi náročný. Ďalší pokrok je preto nevyhnutný pre napredovanie tejto technológie.