Úvod do Školy baterií (1/5)

Než se podíváme na lithiové baterie blíže, ukažme si zde ještě jednu zajímavost: Olověné baterie stále pohánějí elektrické lodě na Brněnské přehradě. Jejich nevýhoda v podobě velké hmotnosti se tu stává výhodou: Těžké baterie u dna lodi slouží zároveň jako balast stabilizující loď, aby se nepřevrátila.

RŮZNÉ DRUHY BATERIÍ – RŮZNÉ VLASTNOSTI 

Samotná oblast lithiových baterií pak obsahuje spoustu druhů, které se liší svými vlastnostmi, životností a cenou. Dnes zatím neexistuje univerzální typ, který by umožnil použít lehkou, malou a levnou baterii s vysokým množstvím energie, vysokým výkonem i životností, a proto se pro každou aplikaci hodí jiný typ lithiové baterie.

Ve škole baterií se podíváme na jednotlivé aplikace, tak abychom porozuměli, které baterie jsou pro kterou z nich nejvhodnější. Graf níže ukazuje pro úvodní představu specifickou energii baterií určenou ve Wh/kg.

Při volbě bateriového systému pro vozidlo je pak potřeba určit několik základních kritérií, které pomohou s výběrem vhodného typu trakční baterie. Zejména u vozidel hromadné dopravy, kde se nejedná o standardní sériovou výrobu, je veliký prostor pro přizpůsobení vozidla požadavkům konkrétního dopravce.

Prvním determinantem typu trakční baterie je typ vozidla a jeho provozu.

Baterie, která slouží jako range extender pro parciální trolejbusy, nebude vhodná pro vozidlo s požadavkem na dlouhý dojezd, například meziměstský elektrobus, ale může být naopak ideální pro elektrobus s rychlým dobíjením na zastávkách, konečných stanicích apod.

Pro tyto aplikace naopak nebude zcela vhodná baterie, která by byla použita např. v popelářském voze na elektřinu, protože ten musí jezdit celou směnu bez možnosti dobití.

Důležitým aspektem pro výběr vhodné technologie je také životnost, ze které plynou pozdější náklady na výměnu baterie. Některé lithiové baterie, jako např. lithium titanátové (LTO), mají veliké množství cyklů i kalendářní životnost a při správném návrhu umožní dosáhnout stejné životnosti, jako je plánovaná životnost celého vozidla. Další baterie pak umožní celodenní provoz bez nabíjení a baterie se nabijí v době, kdy vozidlo nejezdí, podobně jako je tomu u osobních elektromobilů.

V neposlední řadě je třeba brát v potaz také bezpečnost. I v té se druhy lithiových baterií liší, proto je potřeba při výběru také zohlednit náročnost konstrukce celého bateriového systému.
 

ŽIVOT PO ŽIVOTĚ

Samostatným tématem, kterému se budeme také věnovat, je nakládání s bateriemi po tom, co již nebudou moci sloužit ve své původní aplikaci – vozidle. Likvidace baterií a jejich recyklace je dnes palčivé téma, které je stále otevřené. Recyklace a využití chemických sloučenin z baterií je stále předmětem výzkumu mnoha vědců po celém světě. Výzkum neulehčuje fakt, že lithiové baterie se liší svým chemickým složením. Výzkum je pak založen na možnosti vytěžit vzácné prvky, které lithiové baterie obsahují, a musí se složitě těžit většinou v rozvojových zemích světa.

I po tom, co baterie doslouží ve vozidle, protože již nemá dostatečnou kapacitu, může sloužit jako stacionární zdroj energie. Oproti olověným bateriím je degradace lithiových baterií postupná – zjednodušeně řečeno, je lineární vzhledem ke stylu používání a věku, naopak olověné baterie mají jasně danou kalendářní životnost, po které jejich kapacita rychle klesá k nule, a jejich další využití tak již není možné. Naopak recyklace olověných baterií je jejich výrobci dobře zvládnutá a téměř celá vyřazená olověná baterie se dá recyklovat, a tím znovu použít.

Druhotné využití vyřazených lithiových baterií, tzv. second life (anglicky: druhý život), je nové celosvětové téma. Na světě je několik pilotních projektů, kde se vyřazené baterie používají. U nás např. společnost nano power využívá vyřazené baterie LTO, které původně fungovaly ve vozidlech typu AGV (automatické manipulační roboty), jako zásobník energie ve svém stacionárním energetickém úložišti, které používá pro měření kapacity nových baterií. Energie je zde přelévána z jedné baterie do druhé, čímž je jednak možno využít staré baterie, které již nemohly sloužit v původní aplikaci, a jednak se šetří náklady tím, že se výrazně snižuje spotřeba energie potřebné pro nabíjení baterií před měřením kapacity.