Pozrite si
Hoci na časovej osi existencie elektrotechniky nie je dlho, za necelých 30 rokov svojej existencie lítium-iónové batérie podstatne zmenili mobilné elektrické prístroje. A zdá sa, že ich z trónu len tak ľahko niečo nezosadí.
Hoci princíp Li-ion batérie bol navrhnutý už v roku 1960, prvé komerčné „lionky“ vyrobila firma Sony až v roku 1991. Aj to bol dôvod, prečo sme v mobiloch NMT (1G) a v prvej fáze GSM (2G) používali hlavne NiCd a neskôr lepšie NiMH akumulátory, riešiac pamäťový efekt pri nesprávnom nabíjaní.
Keď sa masovo rozšírili, priniesli Li-ion batérie revolúciu kvôli vyššej energetickej hustote a ďalším parametrom, ktorými prekonávali staršiu konkurenciu. Postupne sa presadili vo všetkých prenosných zariadeniach, od mobilov, po ručné elektrické náradie.
Ekonomika je silný argument
Rôzni prognostici a vizionári síce neustále tvrdia, že potrebujeme lepšia a lacnejšie batérie, ale nespočetné nové a niekedy aj exotické technológie majú spoločného menovateľa – neschopnosť prekonať bariéru medzi senzačnými PR správami z laboratórií k praktickej využiteľnosti. Tak to jednoducho chodí.
Pri pohľade do vešteckej knihy I-Ťing, do tarotových kariet, alebo do krištáľovej gule, musí byť nielen senzibilom jasné, že batériou budúcnosti bude takmer určite batéria minulosti – totiž Li-ion batéria. Platí to aspoň pre nadchádzajúce desaťročie, predpovedá portál Bloomberg. Musím s ním súhlasiť, aj keď, pravdaže, tie dnešné Li-ion batérie sú podstatne iné a lepšie, ako ich predchodcovia spred dvoch desaťročí.
Zvýšila sa energetická hustota, konštrukcia elektród pri Li-pol batériách umožnila ich tvarovanie a prechod od tekutého elektrolytu k pevnému znížil nebezpečenstvo požiaru pri skrate. Ale čo je podstatné, pri priebežnom evolučnom vylepšovaní technológie zároveň nepretržite klesá ich cena v prepočte na jednotku kapacity.
Toto zlacňovanie je v posledných rokoch skutočne dramatické. Nebudeme sa pokúšať analyzovať jeho príčiny, aj keď hlavným dôvodom budú zrejme nové výrobné kapacity v Číne, v USA a inde vo svete. Určite však otvára brány pre pokles ceny elektromobilov a ďalších produktov, kde tvorí batéria relevantný podiel výrobných nákladov.
Od roku 2010 klesla cena Li-ion batérií o 85%. Ceny lítium-iónových batérií, ktoré v roku 2010 predstavovali v priemere 1 160 USD na kilowatthodinu, dosiahli vlani 176 USD za kWh a v roku 2024 by mohli pokoriť hranicu 100 USD/kWh. Tento cenový vývoj v kombinácii so zlepšením výkonnosti takmer určite otvorí pre tieto batérie nové trhy.
Exotika sa presadzuje ťažko
Tento potenciál je dôvodom, prečo sa mnoho výskumných pracovísk, aj priemyselných podnikov zameriava skôr na modernizáciu lítium-iónových batérií než na nové technológie s neistou prognózou.
Sú ale aj silní hráči, ktorí investujú obrovské prostriedky do inovatívnych technológií, ktoré by mohli Li-ion batériám konkurovať, prípadne ich prekonať. A popri nich sú tu aj úspešné startupy a menšie firmy, snažiace sa preraziť – napríklad česká spoločnosť HE3DA.
Veľké firmy však môžu priniesť zlom, ktorý zmení „pravidlá hry“. Napríklad Toyota má podstatne viac patentov a patentových prihlášok na batérie s tuhým elektrolytom ako ktorákoľvek iná spoločnosť a do svojich operácií s batériami investuje masívnych 13,9 miliárd USD. Množstvo z týchto patentov teraz uvoľňuje, aby podporila rozbeh elektromobility.
Isteže, existujú alternatívne technológie, ktoré by mohli pri niektorých aplikáciách úspešne nahradiť Li-ion batérie. Energetické úložiská na báze veľkých batérií nie sú ideálnym riešením, pretože dokážu preklenúť výpadky siete dlhé rádovo len jednotky hodín.
Tu sa ako alternatíva ponúkajú prietokové batérie (flow battery), alebo špeciálne zotrvačníky. Zákazníci – v tomto prípade firmy – sú však konzervatívni a exotickým riešeniam príliš nedôverujú. Zlomiť zavedené paradigmy bude vyžadovať úsilie a čas.
Spoločnosť Primus Power z kalifornského Silicon Valley ponúka prietokové batérie, schopné dodávať výkon 25 kilowattov počas piatich hodín. Jej generálny riaditeľ Tom Stepien povedal, že po vylepšení súčasného riešenia by sa kapacita mohla zvýšiť na sedem až osem hodín. Prietokové batérie okrem toho majú extrémnu životnosť – až desiatky rokov a nemajú problémy s rizikom požiaru.
„Lítium je šprintér, flow je maratónec“, myslí si Stepien. Zároveň však uznáva, že je ťažké presvedčiť potenciálnych zákazníkov, aby stavili na menej známe technológie.
Namiesto revolúcie evolúcia
S touto skutočnosťou určite súhlasia firmy, ktoré pracujú na zdokonaľovaní Li-ion batérií. Americká spoločnosť Sila Nanotechnologies vyrába prášok na báze kremíka, ktorý pri použití v anódach Li-ion batérií môže podľa Gene Berdichevského, spoluzakladateľa a výkonného riaditeľa Sila Nanotechnologies, zvýšiť ich kapacitu o 20 alebo viac percent.
Takáto kremíková anóda môže adsorbovať viac lítia ako uhlík v grafitových elektródach, bežne používaných v batériách. Firma doteraz získala približne 125 miliónov dolárov od investorov a vytvorila partnerstvo s BMW Group na vývoj tejto technológie.
Berdichevsky si myslí, že firmy ponúkajúce radikálne odlišnú technológiu batérií budú mať veľké ťažkosti pri presadzovaní sa na trhu. Výrobné kapacity Li-ion batérií totiž stále rastú a ich ceny klesajú.
Podľa údajov BloombergNEF sa globálna výroba Li-ion batérií v priebehu uplynulých piatich rokoch takmer strojnásobila na 302,2 gigawatthodín. Hlavným stimulom bol boom elektromobilov. V priebehu nasledujúcich piatich rokov majú pribudnúť výrobné kapacity na ďalších 603,8 GWh.
Z Li-ion batérií sa tak stane mainstream, ktorým v najbližších rokoch sotva otrasie nejaká nová technológia, nech by v laboratóriách vykazovala akokoľvek fascinujúce vlastnosti. Pokiaľ sa mýlime, bude to len dobre.
Zdroj