Článek ve formátu PDF je možné stáhnout
zde.
Tomáš Kazda z Fakulty elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně se zabývá vývojem lithium-sirných (Li-S) akumulátorových baterií. Je známo, že tyto baterie dosahují vyšší kapacity než dnes běžně užívané lithno-iontové (Li-Ion) baterie, mají menší hmotnost a jejich technologie je méně škodlivá pro životní prostředí. Ovšem jejich konstrukce je dosud spojena s mnoha nevyřešenými úkoly. Jedním z nich je konstrukce elektrod, protože síra, z níž je vytvořena katoda, je téměř nevodivá. Používají se proto různé kombinace síry s uhlíkem ve formě nanovláken, které dodají katodě potřebnou vodivost. Katoda je ale během elektrochemických reakcí silně namáhána a rychle degraduje. Právě úprava elektrod tak, aby zůstal zachován počet nabíjecích cyklů srovnatelný s akumulátory dostupnými v současné době, je předmětem výzkumu Tomáše Kazdy.
„Když vezmu například kapacitu dnešních baterií používaných v elektromobilech Tesla, tak kdybych použil Li-S baterie a zachoval stávající kapacitu, zmenšil bych hmotnost baterie na zhruba 120 kilogramů oproti stávajícím přibližně 550 kilogramům. Nebo kdybych ponechal stávající hmotnost baterie, ale opět použil lithium-sirné baterie, mohla by se zvýšit dojezdová vzdálenost elektromobilu až na 1 250 kilometrů,“ uvedl příklad srovnání mezi novou lithium-sirnou baterií a nynější lithno-iontovou Tomáš Kazda, který na vývoji spolupracuje s norskou společností.
Lithium-sirné baterie mají zhruba trojnásobnou kapacitu než současné běžně využívané lithno-iontové akumulátory (hustota energie se uvádí až 1,8 MJ/kg, zatímco Li-Ion mají 0,36 až 0,875 MJ/kg). Díky vyšší hustotě energie mohou mít Li-S akumulátory malou hmotnost a srovnatelný objem (objemová hustota energie je 1,26 MJ/l, zatímco Li-Ion mají 0,90 až 2,43 MJ/l). „Lithium-síra je určitě kombinace budoucnosti. Nyní běžně používáme první a druhou generaci Li-Ion akumulátorů. Ještě pravděpodobně přijde jedna generace těchto baterií s dalším navýšením kapacity, ale pak už bude dosaženo technologických limitů, takže se počítá s přechodem na lithium-síru,“ doplnil Tomáš Kazda.
Ukazuje se však, že vývoj Li-S baterií jde pomaleji, než se čekalo. Zatímco před pár lety se počítalo s jejich komerčním využitím do roku 2020, Tomáš Kazda odhaduje, že by nové baterie mohly být dostupné na trhu do deseti let, i když z počátku najdou uplatnění především ve vojenství a speciálních projektech, jako jsou drony nebo high-tech elektromobily. Lithium-sirné akumulátory lze ale využít i pro chytré telefony, elektrokola a v dalších oblastech elektroniky. Těžko lze nyní najít společnost vyvíjející akumulátorové baterie, která by se Li-S akumulátory nezabývala a neinvestovala do nich. „S touto baterií už by mohla přejít na elektrický pohon i vybraná letecká doprava, protože tento typ baterií by umožnil např. regionální lety menších vrtulových dopravních letadel,“ naznačil Tomáš Kazda z Ústavu elektrotechnologií FEKT VUT.
Lithium-sirné akumulátory navíc nevyužívají kovy jako kobalt, nikl nebo kadmium, proto by jejich výroba byla méně závislá na těžbě. Síra je totiž často i odpadní produkt mnoha výrobních procesů, takže technologie je výrazně šetrnější k životnímu prostředí. Ačkoliv z počátku může být cena nového typu akumulátorů vyšší, protože se budou vyrábět v menších sériích, v budoucnu se očekává, že výrobní náklady lithium-sirných baterií budou nižší než náklady na výrobu lithno-iontových.
Základní výzkum tohoto typu akumulátorů byl na FEKT VUT zakončen podaným evropským patentem a výrobou prototypu mincové baterie. Pro další vývoj nyní odborník z brněnské techniky hledá investora, který by pomohl přenést technologii do další fáze vývoje a testování a poté i do výroby.
[Tisková zpráva VUT v Brně, 24. 5. 2018.]
(Bk)
Obr. 1. Vývoj Li-S baterií byl na FEKT VUT završen podáním evropského patentu a výrobou prototypu knoflíkové baterie (foto: VUT Brno)