Kongres ABAF (Advanced Batteries, Accumulators and FuelCells) se na VUT Brno Fakultě elektrotechniky a komunikačních technologií koncem letošního srpna uskutečnil již po sedmnácté. Hlavními organizátory tradičního setkání odborníků z mnoha zemí byli prof. Jiří Vondrák, Dr.Sc., a doc. Ing. Marie Sklenaříková, CSc. Dnešní doba, kdy je každý z nás obklopen přenosnými přístroji a mnoho dalších přístrojů napájených mobilními zdroji energie slouží v průmyslu (ale i v kosmu), po výkonných akumulátorech přímo prahne. Jejich spotřeba roste a do roku 2025 se předpokládá celkový světový výkon z baterií kolem 157 GWh. Pro srovnání: vloni to bylo necelých 52 GWh. Veřejnost povětšinou nezajímají taje současných progresivních technologií a ukládání energie. Hlavní kladené otázky jsou cena a výkon na trhu nabízených baterií. Vývoj nových baterií s většími výkony je perspektivní, zajímavý, rozsáhlý - ale především nákladný. Taktéž drahá je i výroba. Navíc je omezena dostupností některých prvků využívaných společně s lithiem, plus jejich chemickými a fyzikálními vlastnostmi. Přitom Li-ion jsou docela bezpečně pro recyklaci. Jsou zařazeny do bezpečného odpadu, protože neobsahují olovo, rtuť nebo kadmium. Musí se s nimi ale zacházet speciálním způsobem kvůli jejich hořlavosti při nedodržení požadovaných podmínek. Jak výrobci, tak vývojová a vědecká pracoviště vytvářejí spletitý systém společností a konsorcií, jež se zabývají vědeckým bádáním, vývojem, využitím, ale i průmyslovou špionáží. Do výroby může být zařazena jen vědou, vývojem a pokusy ověřená technologie. A ke komerčnímu úspěchu je dlouhá cesta. V Brně odznělo na 50 vědeckých referátů v sekcích technologie a aplikace, lithiové baterie a systémy, vysokokapacitní kondenzátory, elektrolyty pro otevřené baterie, fotovoltaika a systémy kapalinových akumulátorů. Prezentační panely byly hodnoceny kolektivně. Situaci ve vývoji a výrobě popsal pro TT odborný asistent Ústavu elektrotechnologie a jeden z organizátorů citovaného kongresu ABAF Ing. Tomáš Kazda, Ph.D.: Spotřeba baterií a akumulátorů samozřejmě ještě poroste. Kromě automobilů a nositelné elektroniky se rychle rozvíjí rovněž robotika a lékařské přístroje a mnoho dalších oborů, kde je zapotřebí mobilní zařízení napájet lehkými zdroji. Výhodnost využití současných (převážně Li-ion) baterií je vysoká, neboť poskytují největší elektrický výkon na kilogramovou hmotnost (250 Wh/kg). Vyvineme- li jakýkoliv přístroj, u něhož nám záleží na hmotnosti, pak se nevyhneme nasazení Li-ion baterií. Samozřejmě, současné technologie Li-ion baterií můžeme označit za generaci 1,5 a na rozvoj čekají baterie kupř. s vyšším svorkovým napětím, Li-síra nebo Li-vzduch. V případě zlepšení materiálů na záporné elektrodě můžeme kapacitu baterií navýšit ještě více. Ale to mluvíme o bateriích, které jsou prozatím ve vědeckých laboratořích, event. se v testovacích zařízeních teprve ověřují. Na trhu zatím nejsou. Rozvíjí se ale i druhá větev výzkumu, a to sodíkové baterie. Ano. Pokud nepotřebujeme špičkovou baterii, nové možnosti nabídne rozvoj sodíkových baterií. Fungují na stejném principu jako lithiové, ale jejich kapacita je oproti Li-ion systémům nižší. Technologie je ve výzkumu a ověřuje se kupř. ve Francii. Už dnes ale není pochyb, že na trhu s bateriemi pokryjí méně náročné požadavky. Kupříkladu do ovladačů či automatického otevírání vrat nebudeme samozřejmě potřebovat drahé Li-ion baterie. Ve chvíli, kdy budou sodíkové na trhu, dojde (podle mého názoru) k rozštěpení nabídky a spotřeby. Lehké a přenosné přístroje budou nadále závislé na Li-ion bateriích. Stacionární spotřebiče si vystačí se sodíkovými. Třeba tam, kde se dnes běžně užívají olověné akumulátory. I laik, který seděl na kongresu ABAF, nutně získal pocit, že pokrok v kapacitě baterií je výsledkem úmorné laboratorní práce v oborech fyzikální chemie, mikroelektroniky a materiálů. Nedá se tedy předpokládat nějaký zázračný skok do nové éry, ale úporné soutěžení. V okruhu materiálů, s nimiž dnes disponujeme a pracujeme na běžném trhu, je to skutečně posun krok za krokem, třeba o 1 %. Ale každé zmiňované procento navíc stojí ještě více energie. Skok může nastat, pokud se podaří vyřešit současné problémy, kupř. skladby akumulátorů lithium – síra. Tam by (po dořešení stability baterií) mohla kapacita narůst třeba o 50 nebo 100 %. To by ale bylo cosi jako zázrak! Ano, protože teoretická kapacita materiálu elektrod je 5krát vyšší, než teoretická kapacita v současnosti používaných elektrod u Li-ion akumulátorů. Pokud bychom dosáhli přijetím nových řešení byť jen 50% zvýšení kapacity, pak (srovnám- -li to s kapacitami Li-ion baterií když byly uvedeny na trh, a dnes je progres o něco více než trojnásobný) můžeme mluvit téměř o zázraku. I když budu vycházet z toho, že dosáhnout teoretické kapacity se nepodvede nejspíš nikdy, pak 3- nebo 4násobek nárůstu kapacity nemusí být vůbec nadsazený. Kapacitní skok by mohl nastat, jenže jsou zde různé vazby a problémy. Ty optimismus brzdí. Kupříkladu co se týká stability, a to při cyklování i při práci při vyšších teplotách. Nasazení nových článků bude možné až po nekonečné práci ve vědeckých laboratořích. Takové baterie zatím existují jen tam. K většímu nasazení nedojde tak rychle, jak bychom si přáli. Byly na tomto kongresu práce, které vás zaujaly? Byly. Třeba o testování nových baterií. Srovnám-li to s informacemi řekněme před 5 lety, je vidno, jak se doba nových baterií přibližuje. Zazněly i zajímavé referáty, jež se týkaly chemie. Upoutaly mne třeba práce polských kolegů, které se zaměřily už na reálný problém skladování energie. Položím tak trochu záludnou otázku: jak je to se zájmem velkých firem o vědecké výsledky? Zájem velkých podniků určitě existuje. Vedli jsme kupříkladu jednání s firmami Samsung či Panasonic. Nicméně, velké firmy mají svůj vlastní výzkum a svá centra v Japonsku a Jižní Koreji. Je to dost individuální. Každý velký výrobce má svou technologii, kterou se snaží rozvíjet. Jakákoliv změna výroby stojí obrovské peníze. Proto jsou nedůvěřivé. Otevřenější novým impulzům je kupříkladu Samsung. Pokud by se jednalo o nasazení nějaké převratné technologie, pak to vidím spíše v nějaké menší firmě, která má větší odvahu využít poznatky vědy. /bal/ LIMITY RŮSTU Hovoříme-li dnes převážně o Li-ion bateriích, jde nejenom o lithium, ale i o další kovy, jako jsou nikl, mangan, oxid kobaltu, užívané na katodě pod označením NMC, zatímco uhlík tvoří anodu. Avšak i na anodě se už hledají nové směsi ze vzácných kovů. Těžba surovin na výrobu LI-ion baterií je soustředěna do hrstky zemí. Podle dat společnosti CEMAC bylo v roce 2015 vytěženo 120 000 t kobaltu, ale z 50 % v Kongu. Čína zase vytěžila 66 % světové produkce přírodního uhlíku (v objemu 1,2 mil t). Extrakce Li probíhá ze 41 % v Austrálii a Chile. Co se týká manganu 19 000 t pochází z Jižní Afriky, z Číny a Austrálie. Produkce niklu (v objemu 2,5 mil. t) pochází dominantně z Filipín, kde je soustředěno až 21 % kapacit. Kanada, Rusko a Austrálie se podílejí každý 9 %. I když zatím nejde o vyčerpání zásob těchto kovů a prvků, jejich strategické umístění může sehrát významnou roli v budoucí výrobě. K nerostům se vztahuje i zpracovatelský průmysl a samotná výroba lithiových baterií. Je stále složitější, o čemž svědčil i průběh kongresu, sponzorovaného především ISA (The International Society of Electrochemistry, Shmuel De-Leon Energy Ltd., Institute of Electrical and Electronics Engineering, Centre for Research and Utilisation of Renewable Energy).
