Globální poptávka po bateriích v posledních letech prudce roste. Dochází k tomu hlavně proto, že se svět snaží přecházet na elektrická vozidla a zároveň hledá nová místa pro uložení obnovitelné energie. Ta se dosud skladovala hlavně v lithium-iontových bateriích, které jsou ale obtížně recyklovatelné, a jejich výroba je navíc energeticky náročná.
„Recyklace lithium-iontové baterie spotřebovává více energie a zdrojů než výroba nové baterie. To vysvětluje, proč se v současnosti recykluje pouze malé množství těchto baterií,“ řekla BBC Aqsa Nazirová, která pracuje ve výzkumné laboratoři baterií na Floridské mezinárodní univerzitě.
Extrakce lithia probíhá pomocí odpařovacích nádrží, jež ke svému provozu vyžadují obrovské množství vody. Kromě toho ale mohou navíc během procesu do okolí unikat různé škodlivé látky, což má negativní vliv na lidi žijící v blízkosti továren. Mnoho společností po celém světě proto v poslední době intenzivně hledá alternativu schopnou lithium-iontové baterie alespoň zčásti nahradit.
Spotřeba vody je 682krát nižší
Jednou z možností, která se v poslední době stále více prosazuje, jsou sodíkové baterie. Sodíku je totiž oproti lithiu v zemské kůře mnohem více, což vede k nižším nákladům na jeho extrakci. Další výhodou sodíkových baterií je skutečnost, že dobře fungují i v kombinaci s levnějšími materiály, jako je třeba hliník.
Snadná a poměrně levná by podle odborníků měla být i změna celého výrobního procesu. „Z hlediska výroby je přechod snadný, protože stejné továrny, které v současnosti vyrábějí lithium-iontové baterie, mohou v budoucnu produkovat sodíkové baterie,“ uvedla Maria Forsythová, jež se na australské Deakinově univerzitě zabývá elektromateriály.
Další přednosti sodíkových článků pak zmiňuje James Quinn, generální ředitel britské společnosti Faradion zabývající se jejich výrobou: „Sodík je mnohem udržitelnějším zdrojem pro baterie než lithium. Je široce dostupný po celém světě, což znamená, že jeho získávání je levnější a jeho těžba je méně náročná na vodu. Na extrakci jedné tuny lithia je potřeba 682krát více vody než u jedné tuny sodíku.“
Podle šéfa Faradionu je zároveň důležité, že sodíkové baterie jsou mnohem bezpečnější. Sodíkové ionty je totiž možné zcela vybít, takže jejich skladování a přeprava nepředstavuje pro okolí téměř žádné riziko. To je velký rozdíl obzvláště v porovnání s lithium-iontovými bateriemi, které jsou daleko hořlavější.
Na lepší životnosti už se pracuje
I sodíkové baterie mají samozřejmě určité nevýhody. K nim patří třeba nízká hustota energie, která je problematická hlavně pro výrobce elektromobilů, protože negativně ovlivňuje dojezd vozidla. Zatímco hustota těch standardních, tedy lithiových, se nachází mezi 150 až 220 watthodinami na kilogram, u sodíkových baterií tato hodnota dosahuje zhruba 140 až 160 Wh/kg. I proto je například podle profesorky molekulárního inženýrství na Chicagské univerzitě Shirley Mengové méně pravděpodobné, že by sodíkové baterie měly být v dohledné době komerčně využívané právě v elektromobilech.
Další překážkou bránící jejich většímu rozvoji je skutečnost, že mají menší životnost. Zatímco lithium-iontové baterie lze nabít osmi- až desetitisíckrát, sodíkové aktuálně zvládnou jen něco okolo pěti tisíc nabíjecích cyklů. Tímto problémem se ale v současnosti zabývají výzkumníci z mnoha univerzit, přičemž už dosáhli alespoň částečných pokroků.
Hledání nejlepšího elektrolytu
Další alternativou k lithium-iontovým bateriím by se mohly stát baterie s pevným elektrolytem. Mezi dva nejoblíbenější typy pevných elektrolytů patří anorganické pevné elektrolyty (oxidy a sulfidy) a pevné polymery (polymerní soli nebo gelové polymery). K hlavním přednostem těchto článků patří nízké riziko hořlavosti, vyšší hustota energie a rychlejší nabíjecí cyklus.
Baterie s pevným elektrolytem jsou ovšem oproti sodíkovým hůře škálovatelné a také o poznání dražší. Než tedy dojde k jejich většímu rozšíření, bude podle vědců nejprve nutné nalézt mnohem lepší pevný elektrolyt.
Na tomto složitém úkolu v současnosti pracuje třeba americká společnost Solid Power, která navrhla baterii na bázi sulfidového elektrolytu. Její hustota energie má být zhruba o padesát až sto procent vyšší než u moderních lithium-iontových článků, což by už mělo být dostatečně zajímavé i pro zahájení komerční výroby. Podle plánů Solid Power by tak nové baterie mohly do roku 2028 pohánět až 800 tisíc elektrických vozidel.
Cílem je diverzifikace
Opomenout pak nelze ani lithium-sirné baterie, v jejichž anodě se nachází lithium a v katodě pak síra. Tyto baterie jsou svým složením velmi podobné bateriím klasickým, což je velká výhoda zejména pro celý výrobní proces. „Lithium-sirné baterie mohou být vyráběny ve stejných výrobních závodech, což výrazně šetří náklady,“ vysvětlila Nazirová.
K jejich dalším výhodám patří třeba vyšší hustota energie nebo lepší dostupnost síry oproti niklu, manganu a kobaltu používaných v lithium-iontových bateriích. Zásoby síry sice mohou podle odborníků v příštích několika desetiletích postupně klesnout, jen ve Spojených státech amerických jí však vyprodukují přibližně 8,6 milionu tun ročně.
Nevýhodou lithium-sirných článků je naopak problematické nabíjení, které může vést k jejich zkratu a selhání. Naštěstí na trhu působí hned několik společností, jež to chtějí v dohledné době změnit. Třeba korejská firma LG Chem hodlá do roku 2025 zahájit sériovou výrobu lithium-sírových baterií se stabilními nabíjecími cykly. Na nasazení tohoto typu baterií do běžných elektromobilů navíc pracuje rovněž německá společnost Theion.
Že by některý z výše popsaných typů baterií obtížně recyklovatelné lithium-iontové články z trhu zcela vyřadil, je velice nepravděpodobné. A podle odborníků to vlastně ani není vůbec nutné. „Nemusíme najít jednu univerzální náhradu, ale je vhodné mít k dispozici alternativy, jež můžeme nasadit tam, kde se to bude hodit,“ uzavřela Forsythová.
