Zásadní technologický průlom otevírá cestu „nehmotným“ bateriím  
Nová generace strukturálních baterií slibuje fantastické aplikace. Nová technologie nabízí slušné elektrické i mechanické vlastnosti, jimiž významně předčí své předchůdce. Můžeme se těšit na kompaktnější elektromobily, drony, chytré telefony, notebooky nebo třeba elektrokola.
Strukturální baterie nové generace. Kredit: Chalmers.
Strukturální baterie nové generace. Kredit: Chalmers.

V soudobých elektricky poháněných vozidlech a letounech představují podstatnou část váhy a také prostoru dobíjitelné baterie s uskladněnou elektřinou. Je to značná zátěž pro design i provoz. Pozoruhodným řešením by se mohly stát strukturální multifunkční baterie. Takové baterie sice stále slouží jako zásoba elektřiny, zároveň ale jsou součástí konstrukci a mohou mít různé funkce.

 

Strukturální baterie jsou vlastně nehmotné (massless energy storage), protože se jejich váha „rozpouští“ v konstrukci. Použití takových multifunkčních baterií by pochopitelně významně snížilo hmotnost vozidla či letounu, a také by ušetřilo prostor, který by bylo možné využít jiným způsobem.

 

Leif Asp. Kredit: Johan Bodell / Chalmers.
Leif Asp. Kredit: Johan Bodell / Chalmers.

Jak se ale ukazuje, vývoj strukturálních baterií není úplně snadný. První pokusy se objevily kolem roku 2007. Od té doby vědci neustále narážejí na to, že je velmi obtížné vytvořit baterii tohoto typu, které by měly slušné elektrické a zároveň i mechanické parametry.

 

Průlom ve strukturálních baterií. Kredit: Chalmers.
Průlom ve strukturálních baterií. Kredit: Chalmers.

Na vývoji strukturálních baterií dlouhodobě pracují na švédské technice Chalmers University of Technology. Nedávno zaznamenali významný úspěch, když se jim podařilo vyvinout strukturální baterii, která svým multifunkčním výkonem desetkrát předčí nejlepší předešlé typy strukturálních baterií. Je lepší jak v ukládání elektřiny, tak i v pevnosti a odolnosti. Tvoří ji uhlíkové vlákno, které slouží zároveň jako elektroda, vodič a součást konstrukce. Druhou elektrodou je hliníková folie potažená fosfátem lithia a železa. Elektrody odděluje materiál založený na sklolaminátu.

 

Baterie týmu Chalmers, který vede Leif Asp, pojme 24 Wh/kg, což odpovídá zhruba 20 procentům kapacity srovnatelných lithium-iontových baterií. Na druhou stranu, díky použití strukturálních baterií může být vozidlo podstatně lehčí a jeho provoz spotřebuje mnohem méně energie. Nižší hustota uložené energie je zároveň zárukou bezpečnějšího provozu. Svými mechanickými vlastnostmi se baterie vyrovná celé řadě dnes používaných konstrukčních materiálů.

 

Vyvinutá strukturální baterie nepůjde do výroby. Poslouží dalšímu výzkumu, protože řadu prvků a parametrů baterie je možné a žádoucí vylepšit. Tento typ strukturální baterie by mohl prorazit v elektrických vozidlech a mnoha dalších aplikacích. Podle Aspa má fantastický potenciál i pro výrobu chytrých telefonů, počítačů nebo třeba elektrokol.

 

Video: Structural battery with record performance

 

Literatura

Chalmers University of Technology 22. 3. 2021.

Advanced Energy and Sustainability Research 2: 2000093.

Datum: 23.03.2021
Tisk článku

Související články:

Průlomová kapalná kovová baterie pracuje v pokojové teplotě     Autor: Stanislav Mihulka (08.07.2020)
Pálené cihly ve funkci superkondenzátorů a úložiště energie     Autor: Josef Pazdera (18.08.2020)
Nanodiamantové jaderné baterie by mohly změnit svět     Autor: Stanislav Mihulka (26.08.2020)
QuantumScape vyvíjejí revoluční lithium-kovové baterie s pevným elektrolytem     Autor: Stanislav Mihulka (11.12.2020)



Diskuze:

Odlehčené vozidlo?

Stanislav Brabec,2021-03-26 07:49:38

A nyní trocha matematiky základní školy.

Tesla se chystá u Modelu 3 nabídnout 82 kWh bateriový blok. Nyní si představme, že místo starých těžkých samostatných baterií použijí tyto nové revoluční baterie, díky kterým bude vozidlo lehčí. A kolik bude strukturální karoseriová baterie vážit? 82000/24 = 3417 kg. A to se vyplatí!

P. S.: Myslím, že by mohl vycházet týdeník, věnující se jenom revolučním bateriím.

Odpovědět

redukce na realitu

jaroslav mácha,2021-03-24 18:53:24

Malé upozornění- elektrochemický ekvivalent je 96400Ah/mol. Při napětí článku 1-2 volty to dělá zhruba 100- 200 kwh na mol, čili na 3g lithia nebo 32g zinku.

Odpovědět


Re: redukce na realitu

Pavel Nedbal,2021-03-24 20:07:46

Vážený pane Mácho,
poněkud jste chybil. Elektrochemický ekvivalent molu (u lithia činí 7,94g - atomová hmotnost, ne protonové číslo) je 96400 nikoliv Ah, nýbrž As, tedy 96400/3600=26,7 Ah, při 3V by to dávalo 80,3 Wh/7,94 g lithia. Ale to není vše. Něco se oxiduje (lithium), ale na opačné elektrodě se musí něco redukovat. Takže k 7,94 g Li musíte připočítat mnoho desítek gramů redukující se sloučeniny, navíc musí být redox systém reverzibilní. A mnohaopakovatelně. A musí tam být elektrolyt. A Lithium nesmí dělat dendrity. A dekl toho akumulátoru. A pak už to tak krásně nevypadá.
Přeji výzkumníkům trpělivost a zdraví.

Odpovědět


Re: Re: redukce na realitu

jaroslav mácha,2021-03-24 22:26:47

Máte pravdu, překlepl jsem se s atomovou hmotností lithia, hodnota pro Zn je v pořádku. Přesto elektrochemický ekvivalenẗ představuje zásadní omezení výkonu baterií, který fanastové opomíjejí.

Odpovědět

Jará Šustr,2021-03-23 16:36:34

My všichni jsme baterky.

Odpovědět

Ka s tím?

Tomáš Janovský,2021-03-23 14:15:35

Jediné místo, kam by to tak slo, je interiér jako sedačky, palubka, včetně izolace střechy, nebo podlahy a izolací dveří a celkového odhlučnění. Asi nikdo by to nechtěl jako prvek karoserie. I při lehčí havárii by to byl asi pěkný ohňostroj, ale v sedadlech by to asi i šlo. Jenže co by to udělalo s jízdními vlastnostmi EV vozu? Už dnes je hmotnost EV vozu problém, ale tímto řešením byste ještě posunuli jeho těžiště o pěkný kousek vzhůru. A to asi nikdo nechce!

Odpovědět


Re: Ka s tím?

Pavel Hudecek,2021-03-23 19:39:15

S těmi 20 % (= prostě 5x těžší baterie) je to vlastně téměř úplně na nic. Klasická konstrukce a na ní přidělaná klasická baterie je v součtu lehčí a velmi pravděpodobně i levnější.

Takže kam s ním? - Do propadliště dějin, na hromadu slepých uliček.

Odpovědět

Jestli to chápu dobře...

Martin Jahoda,2021-03-23 11:21:46

Jde v podstatě o to, že konstrukce - třeba karoserie auta- bude zároveň nosná ale i baterie. Bohužel to má velkou nevýhodu v tom, že každá baterie má omezenou životnost. pokud mám baterii zvlášť tak ji vyměním ale pokud je součástí konstrukce tak jsem v p......

Odpovědět


Re: Jestli to chápu dobře...

František Kalva,2021-03-23 12:19:10

To je ale sen každé automobilky (nejen). Nicméně jako daleko přízemnější a aktuálnější problém bych viděl spojování jednotlivých celků, to asi bude oříšek.

Odpovědět

Výhody a nevýhody

Václav Dvořák,2021-03-23 10:49:00

Zajímavé, ale 20% kapacita se mi zdá celkem málo.

Co se týká aplikací, tak u zmíněných elektrokol je právě obrovská výhoda možnost vzít si baterii ssebou nahoru do kanceláře a tam si ji dobít, pokud takto dojíždím (a vlastně něco podobného platí i v případě panelákových/městských bytů, kde bývá obvykle v přízemí nebo ve sklepě kolárna).

Odpovědět


Re: Výhody a nevýhody

Jitka Lefert,2021-03-23 11:10:17

Tady v Budapešti je trend zcela opačný, nemít vlastní kolo, ale před každým domem je hafo elektrokoloběžek a elektrokol dobíjených ze stojánku. Nikdo se s tím do patra už netahá, nehledě na to, že ceny bytů jsou čím dál tím dražší a šetří se na každém metru.

Odpovědět


Re: Re: Výhody a nevýhody

Václav Dvořák,2021-03-23 15:14:50

Ano to je výhoda, nicméně zrovna když právě potřebuju aby bylo nějaké sdílené kolo nebo koloběžka při ruce, tak zrovna nikde okolo není. Při přesunu ve městě jde vždy o sekundy, výhodu alternativní příležitosti, takže jít pěšky někam dál, kde zrovna stojí odložená koloběžka je úplně proti smyslu a je většinou bývá pak rychlejší do cíle dojít pěšky nebo dojet metrem...

Navíc koloběžku nebo kolo má člověk patřičně potuněné a nastavené na velikost postavy, což taky u těchto sdílených věcí dost dobře nejde (trvá nějaký čas než si najdete ideální postoj/posez), takže delší jízda je pak nepříjemná. Například pro nějaké dojíždění 15km přes město by to bylo nejen nepohodlné ale i riskantní, protože nevím na co se můžu a nemůžu u konkrétního stroje spolehnout.

Za mně tato sdílená řešení jsou výborná pro turisty a náhodné návštěvníky, tj. pro ty co nikam moc nespěchají ale chtějí se přesouvat individuálně, ale opravdu ne na řešení kritických dopravních časů (tj. v první řadě být rychlejší než MHD, neřkuli auto). Pokud bych těch parametrů nedosahoval, neměla by pro mně osobně taková elektromobilita vůbec žádný smysl...

Odpovědět


Re: Re: Re: Výhody a nevýhody

František Kroupa,2021-03-24 20:08:02

Pojem "sdílený" v daném kontextu nedává smysl, jsou to normální půjčovny. O sdílení by se dalo mluvit, pokud by danou věc vlastnilo více lidí.

Odpovědět


Re: Výhody a nevýhody

Petr Hankovec,2021-03-23 17:18:18

Navíc 20% uvedených v článku není tak úplně pravda. Energetická hustota Li-Ion je mezi 150 - 250 Wh/kg tedy spíše 10 % - 16 % .... a 25Wh/Kg je méně než má klasický olověný akumulátor (a cca 500x méně než 13000 Wh/kg u benzinu ).

Odpovědět



Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace