O senzačné objavy v oblasti vývoja batérií nie je núdza. S ich uplatnením v praxi, takisto ako so sériovou výrobou, je však väčšinou problém. Buď sú nové technológie mimoriadne drahé a uplatnia sa preto len v špeciálnych aplikáciách, kde cena nehrá prím, alebo skrývajú nejaký háčik. Zlepšovanie batérií preto prebieha skôr formou evolúcie, než revolúciou.
Superkapacitory využívajú aj hybridné autobusy Sinautec Automobile Technologies. Foto: Maxwell
Hľadanie energetickej alternatívy
Existujú však aj iné princípy uchovávania elektrickej energie, než je chemická väzba v batériách a akumulátoroch. Jednou z možností sú kondenzátory, v ktorých sa elektrina uchováva vo forme elektrického náboja, respektíve v elektrostatickom poli. Veľkosť tohto náboja je priamo závislá od plochy elektród a od vlastností dielektrika (permitivity) a nepriamo závislá od vzájomnej vzdialenosti elektród. Toto poznáme z hodín fyziky, rovnako ako fakt, že kapacita kondenzátorov je pomerne malá a preto nie sú schopné uchovať zvlášť veľký náboj. To však neplatí o superkondenzátoroch, nazývaných aj superkapacitory.
Pozrite si: Grafénové superkapacitory: ďalšia revolúcia?
Pórovitý povrch grafénového superkapacitora z grafénu.
Superkapacitory (v niektorých zdrojoch označované aj ako ultrakapacitory) majú kapacitu rádovo od jednotiek do tisícov Faradov, takže dokážu viazať pomerne slušnú dávku energie. Ich energetická hustota na jednotku objemu je síce stále (a to podstatne) nižšia, ako u Li-ion batérií, majú však oproti batériám niektoré bezkonkurenčné výhody. Superkapacitory dokážu uloženú energiu vydať vo veľmi krátkom čase (ak je to potrebné), takže poskytujú veľký špičkový prúd a výkon, pri akom by došlo k zničeniu batérie. Superkapacitory sa dokážu za veľmi krátky čas aj nabiť, navyše ich kapacita s počtom nabíjacích/vybíjacích cyklov prakticky nedegraduje ako u batérií. Životnosť superkapacitorov je rádovo 100 tisíc až milión nabíjacích cyklov v porovnaní s 500 až niekoľko tisíc cyklov u Li-ion batérií.
Nabijeme elektromobil aj mobil za okamih?
Vysoká kapacita superkondenzátorov sa dosahuje pomocou nanotechnológií. Grafénové elektródy majú veľmi veľký povrch a druhá elektróda je tvorená elektrolytom, podobne ako u elektrolytických kondenzátorov na báze hliníka. Výroba grafénu je zatiaľ stále drahá, ale ide o pomerne mladú technológiu, ktorá je stále vo vývoji. Juhokórejskí vedci už napríklad ohlásili, že vyvinuli grafénové superkapacitory s energetickou hustotou na úrovni Li-ion batérií.
Pokiaľ sa takéto superkapacitory dostanú do sériovej výroby za rozumnú cenu, mohli by nahradiť batérie nielen v mobiloch, tabletoch a laptopoch, ale môžu sa uplatniť aj v silovej elektronike.
Už dnes sa s nimi počíta v elektromobiloch a hybridných autách, kde môžu byť nasadené spolu s batériami. V momentoch špičkovej záťaže, napríklad pri akcelerácii, je výhodnejšie odoberať vysoký prúd zo superkondenzátorov, ako z batérií. Majú síce menšiu hustotu energie, ale výkonovú hustotu na kilogram majú podstatne vyššiu ako batérie.
Takúto stratégiu využila Toyota vo svojom hybridnom pretekárskom automobile TS040, ktorý aj vďaka superkapacitorom dosahuje výkon 480 koní, uviedol portál GIZMODO. Podobne môžu superkapacitory zlepšovať energetickú bilanciu aj v hybridných autobusoch, kde dokážu účinne rekuperovať energiu počas brzdenia a uvoľňovať ju pri rozbiehaní. Riešenie už používa v hybridných autobusoch Sinautec Automobile Technologies.
Tip: Zelenú energiu uskladníme efektnejšie, chce to ale čas
Myšlienke nasadenia superkapacitorov v elektromobiloch je naklonený aj šéf automobilky Tesla Motors, a to napriek tomu, že firma momentálne stavia najväčšiu továreň na líthium-iónové batérie na svete. Podľa Elona Muska, je Tesla pripravená siahnuť po superkapacitoroch hneď, ako bude technológia výroby zrelá.
Nie nepodstatný je aj prípadný ekologický dopad používania superkondenzátorov. Nielen kvôli ich možnému nasadeniu ako akumulátorov energie zo solárnych panelov, alebo veterných turbín. Vzhľadom na ich dlhú životnosť budú totiž predstavovať nižšiu záťaž z hľadiska likvidácie odpadov.
Foto: GIZMODO, Maxwell Technologies