Ochrana životního prostředí
a efektivnost získávání a využití energií
jsou dnes předmětem řady diskusí.
Vyslovují se k nim odborníci i týmy,
které se zabývají materiálovým
výzkumem a řeší aktuální problémy
elektrochemických zdrojů proudu,
solárních článků a dalších alternativních
zdrojů elektrické energie.
Jeden takový se řeší na Fakultě
elektrotechniky a komunikačních
technologií VUT v Brně: bezpečnost
lithno-iontových akumulátorů.
Lithiové (a dnes především jejich
verze, známá jako lithno – iontové)
akumulátory patří mezi zdroje elektrické
energie vhodné zejména pro mobilní
účely a pro vyrovnávání rozdílu
mezi kolísavou výrobou a spotřebou
energie, mj. i z alternativních zdrojů.
Elektromobily pro osobní dopravu
vyžadují výkony desítek kW. Zálohování
každodenního kolísání produkce
alternativního zdroje pak stovky kW
až jednotky MW. Při jejich hromadné
aplikaci se objevuje fenomén, u jiných
chemických zdrojů proudu neznámý,
a to otázka jejich bezpečnosti.
Každý článek lithno–iontové baterie
totiž obsahuje řadu látek s různými
vlastnostmi z hlediska možného vznícení.
Materiály kladných elektrod jsou
látky s vysokým podílem chemicky
vázaného kyslíku a tudíž podporují hoření.
Materiály záporných elektrod jsou
samy o sobě hořlavé a na vzduchu nezřídka
samozápalné. K tomu přistupuje
elektrolyt tvořený roztokem lithné soli
v organické a tudíž v obvykle hořlavé
kapalině. Známe několik způsobů, jimiž
lze vyvolat hoření a požár této soustavy.
Může to být nadměrné proudové
zatížení (a to jak při nabíjení, tak při
vybíjení), přehřátí, či mechanické poškození
způsobující vnitřní zkrat. Tato
poslední příčina je zvláště významná
pro armádní aplikace.
OBRANA PROTI VZNIKU
POŽARU
Je v podstatě trojí. Základem musí
být dodržování předepsaných pracovních
podmínek. Především je to předepsaný
způsob nabíjení. Při sestavování
článků do baterií nutno také dbát, aby
se články v baterii lišily kapacitou (ať
jmenovitou, nebo okamžitou) co nejméně.
Samozřejmě musí se vyloučit
i neodborná manipulace, či svévolné
rozebírání. Jak článků, tak baterií sestavených
z nich.
Aktivní ochrana baterie spočívá
v používání ochranných obvodů. Kupříkladu
článek baterie pro mobilní
telefony obsahuje nejméně dva elektronické
obvody, z nichž jeden je řídící
a druhý pracuje jako výkonový spínač.
Články výkonových baterií už obsahují
ochranné obvody: kromě napětí a proudu
navíc hlídají i nepřiměřený vzrůst
teploty a při jejím překročení článek
odpojují. Výstupní napětí vždy upravuje
výkonový elektronický systém.
Ztráta napětí velké baterie, složené až
ze stovky článků, se vyrovnává elektronickým
řízením, a proto neohrožuje
činnost celého systému.
PASIVNI OCHRANA
Jeden z kolektivů Ústavu elektrotechnologie
FEKT VUT, který vede
doc. Ing. Marie Sedlaříková, řeší pasivní
ochranu. Spočívá v hledání materiálů
pro lithno – iontové baterie, které mají
výrazně menší zápalnost a větší odolnost
vůči zvýšeným teplotám. V současné
době se soustřeďuje na rozpouštědla
a polymery pro přípravu elektrolytů.
Jako rozpouštědla jsou zkoumány látky
typů sulfonů, jejichž bod vzplanutí je
nejméně o 50-60 oC vyšší, než je tato
hodnota u dnes užívaných rozpouštědel.
Pracovníci zmíněného kolektivu dále
ověřují a vyvíjejí polymery obsahující
organosilikáty. Také tyto látky jsou hůře
zápalné a navíc, elektrická vodivost
kompozitních polymerů vyrobených
na tomto základě je vyšší než vodivost
elektrolytů dosud užívaných.
Výzkum elektrochemických zdrojů
proudu má v Ústavu elektrotechnologie
dlouholetou tradici (cca 40 let). Zaměřuje
se jednak na oblast olověných akumulátorů
a alkalických akumulátorů, jednak
na moderní typy lithno-iontových akumulátorů
a superkondenzátorů. Na tuto
problematiku jsou zaměřeny i získané
projekty, a to: grant MŠMT Výzkumný
záměr („Zdroje, akumulace a optimalizace
využití energie v podmínkách trvale
udržitelného rozvoje“), grant GAČR
(„Zvýšení bezpečnosti lithno-iontových
baterií“) a také získaný evropský projekt
regionálního centra CVVOZE (Centrum
pro výzkum a využití obnovitelných
zdrojů energie). /šk/
