Nové technológie a trendy v oblasti batérií
Za posledné desaťročie zaznamenali technológie v oblasti batérií významný pokrok. Veľký vplyv má snaha o udržateľný rozvoj a využitie obnoviteľných zdrojov, významný podiel má zvyšujúci sa počet elektronických zariadení u každého z nás. Nároky na kratšiu dobu nabíjania, vyššiu energetickú kapacitu, dlhší dojazd elektromobilov, nízku hmotnosť a menšiu záťaž pre životné prostredie - to sú hlavné motivácie pre vývoj nových technológií batérií.
Batérie AGM a EFB začali byť montované do vozidiel vybavených systémom štart-stop už pred rokom 2010. Zatiaľ čo technológia EFB znamenala viac-menej iba zosilnené dosky a polyesterový mul (umiestnený medzi doskou a separátorom), technológia odolnejšia batéria AGM už má elektrolyt zasiaknutý v skiel. Avšak tieto batérie sa stále viac používajú aj na voľný čas, alebo v oblasti priemyslu. Pretože majú menšie samovybíjanie av prípade trakčných batérií majú aj vysokú cyklickú odolnosť.
Batérie AGM je možné použiť aj vo vozidlách s rekuperáciou brzdnej energie (teda v hybridných vozidlách s elektrickým pohonom).
Batérie gélové
Technológia gélových akumulátorov spočíva v tom, že elektrolyt je viazaný v kremičitom géle. Teda, už nie je možný únik kyseliny z batérie. Gélové batérie sa používajú najmä na voľný čas, aj v priemysle ale hlavne tam, kde je možné batériu umiestniť iba na boku.
Batérie lítiové
Asi najväčší pokrok v oblasti technológií batérií zaznamenali lítiové batérie. Prvú lítiovú batériu (predajnú verziu) vyrobila firma SONY už v roku 1991. Najmä v posledných 10 rokoch lítiové batérie zaznamenali obrovský rozvoj a začali byť masívne používané vo všetkých možných elektronických produktoch. Vďaka svojim vlastnostiam (dlhšia životnosť, nízka hmotnosť, veľká energetická kapacita, vysoká cyklická odolnosť) lítiové batérie postupne nahradili aj batérie „technologicky zastarané“, teda napr. alkalické, ZnCl, ZnCx, NiCD, NiHM, atď.
Lítiové batérie, založené na lítiových iónoch, však majú niekoľko nevýhod, ako napr. relatívne vysoké náklady na výrobu, riziko požiarov a škodlivý vplyv na životné prostredie. Vďaka tomu sú neustále vyvíjané technológie nové.
Nové batérie LFP a Li-ion batérie pre elektrické automobily
Pre elektrické vozidlá boli používané najviac batérie NMC (nikel-mangán-kobalt) a NCA (nikel-kobalt-hliník) a tiež Lítium-iónové (Li-ion) batérie 1. generácie.
V oblasti automobilového priemyslu, veľký pokrok zaznamenal vývoj novej LFP batérie (lítium-železo-fosfát) pre elektrické automobily. Táto batéria už neobsahuje veľmi drahé kovy ako napr. nikel, kobalt ani mangán, a preto je lacnejšie. Medzi prvé automobilové značky, ktoré tieto batérie používajú, patria Tesla a Toyota; automobilky KIA Corporation a Hyundai Motor Company na vývoji týchto batérií do elektromobilov intenzívne pracujú. V tomto roku LFP batériu začala montovať aj automobilka FORD Motor Company do modelu Ford Explorer.
Toyota aktuálne vyvíja novú generáciu Lítium-iónových batérií (Li-ion) s niklovou katódou. Výsledkom by mala byť batéria, ktorá bude mať dojazd až 1100 km, a predpokladaná doba nabíjania (z 10 % na 80 % kapacity batérie) by mala byť 10 minút. Tieto batérie by sa mohli objaviť vo vozidlách už v rokoch 2027 – 2028.
Technológie na báze vodných elektrónov a stabilných radikálov
Technológia na báze vodných elektrolytov a stabilných radikálov sa nazýva vodná hliníková radikálová batéria (AARB) a je prvým takýmto typom na svete. AARB využíva vodné elektrolyty namiesto nebezpečných materiálov, ako sú organické elektrolyty alebo kobalt. Technológia bude založená na stabilnom radikáli TEMPO, a hlinitom triftáte (AL(Oft)3). Vďaka tejto technológii, batéria bude odolná proti požiarom a stabilný na vzduchu, a to zvýši bezpečnosť a udržateľnosť batérie. Vďaka použitým stabilným radikálom, ktoré obsahujú organické molekuly, batérie budú mať ešte vyššiu kapacitu, dlhšiu životnosť a budú viac šetrné k životnému prostrediu. Ďalšou veľkou výhodou bude veľmi rýchle nabíjanie. Batéria sa bude môcť uplatniť najmä v oblasti spotrebnej elektroniky (mobilné telefóny, notebooky, …), pre solárne systémy. Veľká výhoda v prípade použitia v elektromobiloch bude spočívať najmä vo veľmi krátkom čase nabitia batérie a dlhšom dojazde.
Technológie na báze Lítium - síra
Túto technológiu (Li-S) vyvíjajú vedci v Austrálii. Na výrobu batérie bude potrebných relatívne menej lítia. Batéria bude mať lítium-fóliovú anódu potiahnutú „nanoporéznym polymérom“. Hlavnou výhodou bude nižšia cena, vyššia energetická kapacita a dlhšia životnosť. Využiteľnosť bude v domácnostiach, elektromobilite a hlavne ako úložisko pre energiu fotovoltaických systémov.
Technológia Titan Silicon
V Kalifornii je vyvíjaná nová technológia lítiových batérií. Grafit v lítiových batériách bude až zo 100% nahradený kremíkom, ktorý pojme až 10x viac energie. Batéria bude obsahovať materiál Titan Silicon (nanokompozitný materiál). Vďaka tejto technológii s nanokompozitnými materiálmi sa zvýši dojazd elektromobilu až o 40 % a čas nabíjania sa skráti o 80 %. Dojazd elektromobilu až 800 km a nabíjanie 10 minút (na 80 % kapacity) by segment elektromobilov zmenilo na úplne inú úroveň. Výrobcom týchto batérií je firma Panasonic – dodávateľ približne 10 % batérií do elektromobilov mnohých svetových značiek (napr. do modelov Tesla). Ako jednou z prvých automobiliek by túto technológiu mal využívať Mercedes-Benz, v modeli SUV triedy G, už v roku 2025, najneskôr v r. 2026.
Nová technológia batérií s pevným elektrolytom (SSB)
Ďalšia nová technológia batérií s pevným elektrolytom (SSB = solid-state battery) je teraz testovaná spoločnosťou PowerCo – batériovou divíziou firmy Volkswagen group a.g. Súčasťou batérie je tzv. keramický separátor, umiestnený medzi katódou a anódou. Vďaka tomuto separátoru dochádza k minimálnej tvorbe dendridov – kovových kryštálov. Výhodou SSB technológie - najmä v porovnaní s Li-ion batériami, je vyššia energetická hustota, dlhšia životnosť batérie, rýchlejšie nabíjanie (80% kapacity už za 15 minút), dlhší dojazd elektromobilu (500-600km), minimálne riziko vzniku požiaru, nižšie samovybíjanie .
Táto technológia je stále vo fáze testovania, pri ktorom batéria dosahuje veľmi dobré výsledky. Aj keď zatiaľ nie je stanovený začiatok výroby ani dodávok do vozidiel Škoda/VW group, potenciál pre budúci výrobný proces má táto technológia veľký.
Technológia sodíko-iónových (Na-ion) akumulátorov
Táto technológia bola vyvinutá a predstavená čínskou firmou CATL (Contemporary Amperex Technology) už v roku 2021. Ako nosič nábojov sa používajú ióny sodíka (Na+). Výhodou batérie s technológiou Na-ion je veľmi rýchle dobíjanie (za 15 minút je batéria nabitá na 80% kapacity). Medzi ďalšie výhody patrí napr. lepšia odolnosť proti extrémnym teplotám (pri -20º C, si udrží 90% kapacity), nižšia cena a lepšia dostupnosť sodíka. Problém je nižšia energetická hustota, než majú batérie Li-ion. Preto viac svetových spoločností pracuje na vývoji tejto technológie, a snaží sa o dosiahnutie vyššej energetickej hustoty. Čínska firma CATL spolupracuje napríklad s Teslou, ďalšia čínska firma BYD plánuje výstavbu veľkých tovární na výrobu batérií na báze sodíkovej technológie. Teraz je táto technológia využívaná najmä pre veľké batériové úložiská (vyrába firma Tesla inc.). Batérie založené na sodíkových iónoch (Na-ion) začali byť populárne po období pandémie Covid-19, kedy sa ceny všetkých drahých kovov enormne zvyšovali. Avšak, aktuálne zatiaľ nie je jasné, či táto technológia má budúcnosť, alebo nejde o slepú uličku.
Technológia Hliníko-sírna (Al-S)
Technológiu vyvinul Massachusettský technologický inštitút v USA. Na ukladanie energie je použitá chloro-hlinitá soľ, ktorá funguje ako izolačný materiál. Veľkou výhodou v porovnaní s Li-ion batériou je výrazne nižšia cena, vysoká rýchlosť nabíjania a takmer nulové riziko vzniku požiaru.
Technológia článkov Cerenergy
Technológia článkov Cerenergy bola vyvinutá v nemeckom Frauhoferovom inštitúte pre keramické technológie. Batéria vyrobená touto technológiou obsahuje lítium, kobalt, grafit a meď, súčasťou je aj soľ Na-NiCL2 a Na-S. Veľkou výhodou v porovnaní s batériou Li-ion sú predovšetkým výrazne nižšie náklady, dlhšia životnosť a nižšia úroveň samovybíjania.
Nové technológie batérií sa neustále vyvíjajú, za niekoľko desiatok rokov budú batérie dosahovať rádovo úplne iné parametre ako dnes. Je pravdepodobné, že súčasné Li-ion batérie budú v budúcnosti postupne nahradzované batériami, ktoré budú lacnejšie, budú mať vyššiu energetickú kapacitu, budú bezpečnejšie a ohľaduplnejšie k životnému prostrediu, dlhšie vydržia nabité a budú sa kratší čas nabíjať. Vďaka tomu dôjde k veľkým zmenám najmä v oblasti elektromobility, ktorá bude dostupnejšia a užívateľsky príjemnejšia, ale aj v oblasti fotovoltaiky a ďalších oblastiach ľudskej činnosti, kde významnú úlohu hrajú elektronické produkty s