Baterie procházejí hlubokou transformací: zatímco lithium-iontové baterie nadále dominují trhu, začínají se prosazovat nové technologie baterií , jejichž cílem je větší bezpečnost, delší životnost a lepší přizpůsobení velmi specifickým účelům, od elektromobilů až po masivní ukládání obnovitelné energie. Během několika let by se situace mohla zcela lišit od dnešní.
Mezi návrhy, které získávají na popularitě, patří vodné zinko-jodové baterie určené pro velké stacionární instalace a polovodičové baterie s velmi vysokou energetickou hustotou , které by měly výrazně zlepšit dojezd elektromobilů. Velká část impulsů pochází z asijských výzkumných center a výrobců, ale jejich dopad bude cítit i v Evropě.
Nové vodné zinko-jodové baterie: bezpečnější a s extrémně dlouhou životností
Skupina výzkumníků z Flinders University (Austrálie) představila vodnou zinko-jodovou baterii, která nabízí odlišný přístup než konvenční lithium-iontové články. Místo hořlavých organických elektrolytů tato technologie používá elektrolyt na vodní bázi , což výrazně snižuje riziko přehřátí a požárů způsobených tepelným únikem.
Zinko-jodové baterie nejsou novou myšlenkou; jsou předmětem výzkumu již po celá desetiletí . Jejich přijetí však brzdil specifický problém: vytěsňování polyjodidů, chemický jev, který způsobuje migraci jódu přes separátor článků, což vede k rychlé degradaci baterie při dalším používání.
Australský tým tuto překážku překonal navržením molekulární „klece“ schopné zadržovat sloučeniny jodu, aniž by bránila nezbytným elektrochemickým reakcím. K dosažení tohoto cíle použili polymery odvozené od cyklodextrinů , cyklických molekul ze škrobu, které se již léta používají v odvětvích, jako je potravinářství a kosmetika, a které nyní nacházejí jiné uplatnění v oblasti skladování energie.
Tyto cyklodextriny mají hydrofilní vnější povrch a hydrofobní vnitřní dutinu. Tato kombinace umožňuje polyjodidům zachytit se v polymerní struktuře, což brání jejich volnému pohybu v baterii. Výsledkem je systém, který zmírňuje pohyb těchto jodových forem, což je jeden z hlavních faktorů způsobujících opotřebení dosud studovaných zinko-jodových baterií.
Technické údaje: cykly, kapacita a doby nabíjení
Laboratorní testy ukazují na tento typ technologie neobvyklý výkon. V jedné z testovaných konfigurací dosahuje baterie specifické kapacity okolo 200–205 mAh/g po dobu přibližně 8 000 plných cyklů s dobou nabití přibližně sedm minut od úplného vybití do úplného nabití.
V další variantě navržené pro maximalizaci životnosti dosahuje systém 60 000 cyklů nabíjení a vybíjení a udržuje si kapacitu kolem 150 mAh/g. V tomto případě se doba plného nabití ještě zkrátí na přibližně tři minuty , což je číslo výrazně nižší, než umožňuje mnoho současných baterií.
Podle technické dokumentace tyto články pracují s napětím mezi 1,3 a 1,4 V a vykazují extrémně nízkou degradaci na cyklus, odhadovanou na 0,0001 % až 0,0003 % během počátečního testování. Je důležité si uvědomit, že se jedná o malé laboratorní prototypy , takže teprve uvidíme, jak si budou chovat, až bude návrh implementován do větších baterií a v reálných podmínkách použití.
Klíčem k tomuto pokroku je kombinace velmi dlouhé životnosti a velmi krátké doby nabíjení , což je obzvláště užitečné v aplikacích, kde se cykly opakují nepřetržitě po celý den. Pro elektrické sítě s vysokým podílem obnovitelných zdrojů energie nebo pro záložní systémy může být důležitější mít baterii schopnou vydržet desítky tisíc cyklů než maximalizace hustoty energie.
Zabezpečení, omezení a aplikace: proč to neuvidíme na vašem mobilu
Použití vodného elektrolytu nabízí jasnou bezpečnostní výhodu. Na rozdíl od hořlavých organických elektrolytů používaných v mnoha lithium-iontových bateriích voda drasticky snižuje riziko požáru a tepelného úniku, což je problém jak u přenosných zařízení, tak u velkých instalací.
Tato nová zinko-jodová baterie má však značnou nevýhodu, pokud jde o její použití v chytrých telefonech, tabletech nebo noteboocích : její objemová hustota energie je nižší než u současných lithium-iontových článků. Pro uložení stejného množství energie by byl zapotřebí větší objem, což by vedlo k větším bateriím, a tedy i silnějším nebo těžším zařízením.
Z tohoto důvodu sami výzkumníci vylučují možnost, že tato technologie v krátkodobém horizontu nahradí lithiové baterie ve spotřební elektronice . Jejich plán je jasně zaměřen na rozsáhlé stacionární ukládání energie , což je oblast, ve které jsou velikost a hmotnost méně důležité než trvanlivost, bezpečnost a náklady na cyklus.
Konkrétně se zmiňují aplikace v zařízeních pro obnovitelné zdroje energie – jako jsou solární elektrárny nebo větrné farmy –, v zařízeních pro ukládání energie připojených k elektrické síti a v systémech schopných vyrovnávat špičkovou poptávku. V Evropě, kde je integrace obnovitelných zdrojů prioritou, by se tyto typy řešení mohly hodit do projektů zahrnujících záložní baterie pro síť , ultrarychlé nabíjecí stanice nebo městská úložiště energie.
Přestože je tato technologie stále v rané fázi, práce provedená v Austrálii ukazuje, že chemie zinku a jodu má stále prostor pro zlepšení. Pokud se uchytí, mohla by doplnit další nově vznikající návrhy v oblasti stacionárního ukládání energie, jako jsou průtokové baterie nebo řešení na bázi sodíku, a rozšířit tak škálu možností nad rámec lithium-iontových baterií.
Závod o polovodičové baterie: skok v hustotě pochází z Číny
Zatímco zinko-jodové baterie jsou primárně určeny pro elektrickou síť a velké infrastrukturní projekty, dalším významným trendem v technologii nových baterií je zaměření na elektromobily. Polovodičové baterie se staly hlavní nadějí na skok vpřed v dojezdu, bezpečnosti a životnosti ve srovnání s konvenčními lithium-iontovými články.
Přední čínští výrobci jako BYD, CATL a Geely označili rok 2027 za klíčový pro přechod od laboratorních prototypů a testování malých sérií k prvním reálným aplikacím ve vozidlech. K tomuto úsilí se připojili i další výrobci baterií, jako například Farasis Energy, CALB a Gotion High-Tech , spolu s rozvíjejícími se společnostmi, které v této technologii vidí příležitost k prosazení se.
Společným cílem je vyvinout články schopné nabídnout vyšší energetickou hustotu bez zvětšení velikosti nebo hmotnosti bateriového bloku, a zároveň snížit riziko tepelného úniku a zlepšit chemickou stabilitu materiálů. V praxi by se to promítlo do automobilů s delším dojezdem na jedno nabití , potenciálně rychlejším nabíjením a větší odolností, a to jak v cyklech, tak i po letech intenzivního používání.
Důležitost tohoto kroku přesahuje rámec čínského trhu: Evropa je silně závislá na bateriích vyrobených v Asii a jakýkoli významný pokrok v technologii polovodičových baterií podmíní rozvoj evropského automobilového průmyslu a jeho plány na přechod na elektromobily.
Geely a závod o to, kdo jako první dosáhne baterií s kapacitou 500 Wh/kg
Mezi nejvýraznější projekty patří společnost Geely , která představila novou generaci polovodičových baterií s oznámenou energetickou hustotou až 500 Wh/kg . Toto číslo v některých případech zdvojnásobuje dojezd mnoha současných baterií NMC, které se obvykle pohybují mezi 250 a 300 Wh/kg.
Taková hustota umožňuje na jedné straně ukládat více energie při podobné hmotnosti a na druhé straně snížit hmotnost akumulátoru při zachování stejné kapacity, čímž se zlepšuje celková účinnost vozidla. Obecně lze uvést, že akumulátor s kapacitou 80 kWh, který v současnosti váží téměř 450 kg nebo více, by mohl být výrazně lehčí, což by mělo přímý dopad na spotřebu paliva, zejména v městském prostředí, kde má častá akcelerace větší dopad.
Společnost Geely představila některé z těchto technologií na specializovaných veletrzích a uvedla, že její baterie používají pevný sirný elektrolyt , tedy anorganický materiál, který nahrazuje tradiční kapalný elektrolyt. Společnost zatím neposkytla podrobnosti o přesném chemii elektrod, kapacitě baterií v kWh, které plánuje montovat, ani o konkrétním homologačním cyklu pro inzerované řady.
Skupina plánuje zahájit silniční testování a pilotní výrobu kolem roku 2027 s využitím vozidel několika značek, které ovládá, včetně Volvo, Polestar, Zeekr, Lynk & Co, Lotus a Smart. Počet kusů a konkrétní modely zatím nebyly potvrzeny, ale tento přístup zahrnuje nejprve uvedení limitovaných sérií, často ve vyšších cenových relacích schopných absorbovat počáteční nákladovou prémii.
Kromě dojezdu Geely zmiňuje životnost, která by v některých případech mohla dosáhnout až jednoho milionu kilometrů , což by v případě dosažení této hodnoty snížilo obavy z dlouhodobé degradace. Projekt má partnery, jako je Dow, kteří se podílejí na vývoji lepidel a materiálů schopných zachovat si své vlastnosti v širokém teplotním rozsahu, od přibližně -40 do +120 °C, což je klíčové pro stabilitu bateriových bloků ve velmi chladném nebo velmi horkém podnebí.
Čína stanovila rok 2027 jako klíčový pro pevný elektrolyt
Kromě konkrétního případu společnosti Geely vykazuje čínská krajina pozoruhodnou konvergenci ohledně cílového data pro rok 2027. Společnost BYD si zaregistrovala patenty týkající se polovodičových baterií a uvedla, že ve stejném roce proběhnou první demonstrace jejích vozidel. Společnost CATL, světový lídr v oblasti dodavatelů baterií, také informovala své investory, že pracuje na roce 2027 jako cílovém datu pro pilotní výrobu.
Mezitím výrobci jako CALB, Gotion High-Tech a Farasis Energy označili toto období za ideální čas pro spuštění svých programů ověřování silničních vozidel. CALB, třetí největší hráč na čínském trhu podle podílu, plánuje zahájit testování elektromobilů v malém měřítku a postupně zvyšovat výrobu do první poloviny příštího desetiletí.
Společnost Gotion High-Tech, podporovaná společností Volkswagen , zaměřuje své úsilí na polovodičové baterie s cílovou hustotou v oblasti 350 Wh/kg s cílem začlenit malé série do testovacích vozidel od roku 2027 a přejít ke komerční výrobě mezi lety 2029 a 2030. Společnost Farasis Energy, spolupracující s Mercedes-Benz, pracuje s podobným časovým harmonogramem, přičemž rok 2030 je cílem pro vstup do velkovýroby.
Dokonce i společnosti, které donedávna nebyly spojeny s elektromobily, jako například Dreame Technology – známá svými domácími spotřebiči – představily své vlastní plány pro polovodičové baterie. Podle jejich údajů by jejich články Galaxy Crystal mohly dosáhnout kapacity až 60 Ah a překročit 450 Wh/kg , přičemž komerční výroba by měla začít kolem roku 2027.
Realita je taková, že přeměna experimentálního článku na baterii vhodnou pro hromadnou výrobu s kontrolovanými náklady a odolností, která splňuje požadavky automobilového průmyslu, zůstává významnou technickou výzvou. Vedoucí pracovníci některých výrobců nabádají k opatrnosti ohledně očekávání, protože si uvědomují, že lhůty se mohou prodloužit a že ne všechny projekty se dostanou na trh současně.
Potenciální dopad na Evropu a trh s elektromobily
Koncentrace projektů polovodičových baterií v Číně má přímé důsledky pro Evropu. Velké evropské automobilové skupiny – včetně některých partnerů asijských výrobců baterií – jsou závislé na dodavatelském řetězci, kde se technologický pokrok z velké části vyvíjí mimo kontinent.
Pokud se energetická hustota 350 až 500 Wh/kg promítne do automobilů s dojezdem přesahujícím 1 000 km na jedno nabití a životností blížící se jednomu milionu kilometrů, tlak na evropské výrobce se značně zvýší. Konkurence nebude založena pouze na ceně, ale také na schopnosti nabízet vozidla s méně častými požadavky na nabíjení a baterie, které si zachovají výkon po mnoho let.
V této souvislosti Evropská unie zahájila programy na podporu místní výroby pokročilých baterií a snížení závislosti na zahraničních zdrojích, ale tempo vývoje není vždy snadné dodržet. Investice do alternativních technologií – jako jsou sodíkové iontové baterie, vylepšené lithium-železité fosforečnany nebo polovodičové baterie vyvinuté v Evropě – budou klíčové pro udržení konkurenceschopnosti průmyslu a zajištění dodávek.
Pro spotřebitele bude nejviditelnější dopad, až se na silnicích začnou objevovat první série vozidel s bateriemi nové generace , pravděpodobně ve střední až vyšší nebo vyšší třídě. Pokud výsledky z hlediska dojezdu, degradace a bezpečnosti splní očekávání, poptávka se pravděpodobně stále více přesune k těmto modelům, což urychlí přechod a posune současné technologie směrem k druhotnému využití nebo základním segmentům.
Celkově vzato, pokroky ve vodných zinko-jodových bateriích a vysokohustotních pevných článcích naznačují desetiletí, ve kterém se ukládání energie zásadně změní: od velkých instalací, které stabilizují síť a usnadní masivní využívání obnovitelných zdrojů, až po elektromobily schopné urazit dnes na jedno nabití vzdálenosti nemyslitelné – vývoj těchto nových bateriových technologií bude znamenat velkou část vývoje energetického a mobilitního sektoru v Evropě i ve zbytku světa.
