Prichádzajú inovatívne druhy batérií pre elektromobilitu či kardiostimulátory

Stellantis dodáva na trh automobily značiek Abarth, Alfa Romeo, Chrysler, Citroën, Dodge, DS, FIAT, Jeep®, Lancia, Maserati, Opel, Peugeot, Ram, Vauxhall, Free2moves a Leasys. Tento výrobca vlastní aj závod na Slovensku. Jeho výstavba v Trnave začala v roku 2003, produkcia beží od júna 2006.

Polovičná cena za kilowatthodinu bez kobaltu, niklu a mangánu

Zeta Energy sľubuje, že ich lítium-sírové batérie poskytnú oproti dnes najčastejšie používaným lítium-iónovým akumulátorom nezanedbateľné výhody.

Cena za kilowatthodinu uskladnenej energie by mala klesnúť na polovicu. Vzhľadom na to, že batéria predstavuje významnú časť nákladov na elektromobil, mohlo by to priblížiť ich ceny finančným možnostiam bežných ľudí.

Malo by to byť dosiahnuté pomocou skoro dvojnásobnej energetickej hustoty lítium-sírových batérií. Tá by mala byť na úrovni 450 Wh/kg, kým najčastejšie používané lítium-iónové články dosahujú iba 270 Wh/kg.

Inovatívny akumulátor síce stále vyžaduje na svoju výrobu lítium, nepotrebuje však už kobalt, nikel či mangán, teda kovy, ktoré potenciálne zaťažujú životné prostredie. Okrem lítia obsahuje iba síru a uhlík. Síra by pritom mohla pochádzať aj z odpadového materiálu, tvrdí Zeta Energy. 

Batéria by sa mala dať nabíjať prúdom zodpovedajúcemu desaťnásobku nominálnej kapacity, čo umožňuje skrátiť čas potrebný na nabite až o päťdesiat percent.

Najpálčivejším problémom lítium-sírových akumulátorov, ktoré boli objavené už v 60. rokoch minulého storočia, boj jav nazývaný polysulfidová „kyvadlová doprava“. Ide o chemické procesy spôsobujúce únik materiálu z katódy a znižujúce tak životnosť batérie a umožňujúce samovoľný pokles energie uloženej v batérii.

Zeta Energy tvrdí, že samovybíjanie, teda pokles uskladnenej energie v čase, keď sa batéria nepoužíva, by malo byť za rok iba približne päť percent. Zároveň deklaruje životnosť akumulátoru na úrovni dvetisíc nabíjacích cyklov.

Budúcnosť ukáže, ako sa firme podarilo zužitkovať grant vo výške viac ako tri milióny dolárov (2,85 milióna eur), ktorý minulý rok získala od Ministerstva energetiky USA.   

Ide to aj bez lítia              

Po ťažkých a ekologicky problematických olovených akumulátoroch, na ktoré jazdili prvé elektromobily, cez nikel-hydridovú technológiu používanou až do nedávna Toyotou, zakotvili výrobcovia elektromobilov pri lítium-iónových batériách.

Problémom lítia je nielen jeho reaktivita, ktorá predstavuje vysoké riziko požiaru, ale aj spoločenské a ekologické problémy spojené s jeho ťažbou.

Výskum v oblasti energetických zdrojov sa preto sústreďuje aj na iný prvok nachádzajúci sa v rovnakom stĺpci periodickej tabuľky ako lítium. Tento alkalický kov je všeobecne dostupný a ekologicky nezávadný. Jeho zlúčeninu s chlórom skladuje bežná domácnosť v soľničke. Ide o sodík.

Čínsky výrobca CATL, ktorý vedie so skoro 38-percentným podielom trh energetických zdrojov pre elektrické auta, oznámil 18. novembra druhú generáciu svojej sodíkovo-iónovej batérie.

Wu Kai, vedecký riaditeľ spoločnosti, vyhlásil, že akumulátor bude dostupný budúci rok a jeho hromadná výroba začne v roku 2027. Prvú generáciu batérií založenej na tejto technológii pritom CATL uviedol do života už v roku 2021. Prvou automobilkou, ktorá sodíkovo-iónové batérie bude využívať, je čínsky výrobca automobilov Chery.

Na vavrínoch nezaspala ani konkurenčná čínska firma BYD. Tá je v súčasnosti najväčším výrobcom elektromobilov, tri milióny vozidiel ktoré uviedla na trh v roku 2023, je skoro dvojnásobkom produkcie americkej Tesly. Na trhu s batériami zaberá BYD približne 16 percent.

BYD vytvorila už minulý rok spolu s Huaihai Holding spoločný podnik na výrobu sodíkovo-iónových akumulátorov. Továreň s ročnou kapacitou výroby 30 GWh začali stavať začiatkom tohto roku. Investícia BYD do tohto výrobného prostriedku predstavuje približne 1,4 miliardy dolárov (1,33 miliardy eur).

Vývoj a výroba prebieha aj v USA 

Snaha o vývoj tejto technológie elektrických batérií je podporovaná aj v USA. Ministerstvo energetiky udelilo v novembri grant na vývoj sodíkovo-iónových akumulátorov vo výške 50 miliónov dolárov (47,5 milióna eur) konzorciu, ktoré je zložené zo šiestich národných laboratórií a ôsmich univerzít. Vedúcou zložkou projektu bude národné laboratórium Argonne sídliace v Chicagu.

Americká firma Natron Energy oznámila v auguste plán na vybudovanie továrne na sodíkovo-iónové články v Severnej Karolíne. Ročná výrobná kapacita bude dosahovať 24 GWh a 1,4 miliardová (1,33 miliardy eur) investícia vytvorí tisíc vysokokvalifikovaných pracovných miest.

Výhodou sodíkovo-iónových akumulátorov okrem ľahkej dostupnosti základného materiálu je schopnosť pracovať v širokom rozsahu teplôt. Batérie fungujú aj pri -40 stupňoch Celzia.

Nezanedbateľnou prednosťou tohto druhu úložísk elektrickej energie je vyššia bezpečnosť daná nižším rizikom požiaru.

Hlavnou nevýhodou sodíkovo-iónovej technológie zostáva nižšia schopnosť skladovať energiu. Prvá generácia batérií CATL dosahovala iba 160 Wh/kg, druhá zvýšila túto hodnotu na 200 Wh/kg. Výskum, ktorý snáď prinesie aj zvýšenie tohto parametru, však stále pokračuje. 

Rádioaktivita ukrytá do diamantu

Z úplne iného súdku je nová batéria vyvinutá britským Úradom pre atómovú energiu v spolupráci s Bristolskou univerzitou. Ak by napájala elektromobil, nepohol by sa ani o milimeter. Vydrží však tisíce rokov.

Tento zdroj energie vytvorený kombináciou rádioaktívneho uhlíka a diamantu, poskytuje výkon iba v milióntinách Wattu. Oblasť aplikácií sa preto týka zariadení s minimálnym príkonom, ktoré však potrebujú bežať dlhodobo. Môže ísť o kardiostimulátor alebo merač spotrebovaného tepla na radiátore.

Takisto je vhodný na ťažko prístupné miesta, kde výmena batérie predstavuje náročnú úlohu, akými sú napríklad rozličné senzory vo vesmíre. Môže však poslúžiť aj ako „večná baterka“ do náramkových hodiniek.

https://youtu.be/IgGVt4sUnnw

Izotop uhlíka C-14, známy aj tým, že sa pomocou neho datujú historické artefakty, má vo svojom jadre oproti „obyčajnému uhlíku“ o dva neutróny viac. To je príčinou jeho nestability, jeden z jeho neutrónov sa časom premení na protón a vznikne tak dusík N-14. Pri tomto takzvanom beta rozpade sa uvoľní aj elektrón.

Vtedy prichádza k slovu druhá zložka batérie. Diamant je tiež uhlík, ide o jeho alotropickú verziu [vlastnosť prvkov tvoriť viacero modifikácií – kryštálových štruktúr, pozn. red.]. Iné usporiadanie rovnakých atómov zmení mäkkú čiernu látku používanú ako tuha na písanie na tvrdý lesklý kamienok slúžiaci nielen ako prísľub spoločného života, ale aj na vŕtanie tých najtvrdších materiálov.

Diamant je aj polovodič. Podobným spôsobom ako kremík v solárnych článkoch zachytáva fotóny svetelného žiarenia zachytí diamant elektrón vytvorený rozpadom C-14 a vytvorí tak elektrický prúd.

Polčas rozpadu, teda čas, za aký sa presne polovica C-14 premení na N-14, je pritom 5 700 rokov. Doba, počas ktorej bude dodávať energiu tento článok, sa preto počíta na tisícročia.

Žiarenie beta rozpadu C-14 je pritom relatívne slabé. Okrem elektrónov unikajú iba antineutrína, ktoré s okolitým prostredím prakticky nereagujú. Skoro všetky elektróny sú zachytené diamantom obklopujúcim rádioaktívny materiál. Ak by však aj došlo k úniku, dosah príslušných elektrónov je iba 22 centimetrov vo vzduchu a 0,27 milimetrov v telesnom tkanive.