Na love super batérie
Dnešné lítium-iónové batérie skladujú príliš málo energie, spotrebujú príliš veľa zdrojov a sú stále veľmi drahé. Vedci horúčkovito hľadajú alternatívy. Vedec z Bonnu verí, že už dosiahol svoj cieľ.
Závisí od Ázie
Samotné zvýšenie výrobných kapacít pre dnešné lítium-iónové batérie však nemeckým automobilkám nepomôže. Podporilo by to iba cenovú vojnu. Z ekonomického hľadiska má zmysel iba Gigafactory, v ktorej z montážnej linky schádza úplne nová generácia vysoko výkonných batérií. Iste, stále môžete trochu optimalizovať lítium-iónové batérie. Napríklad s elektródami, ktoré uchovávajú viac lítia. Alebo s elektrolytmi, ktoré lepšie vedú lítium. Aj prostredníctvom sofistikovanejších architektúr s maximom úložného materiálu a minimom obalov okolo neho. Pomôcť by mohlo aj vylepšenie anódy, kladného pólu batérie. Toto všetko však pokrokuje v technológii iba malými krokmi.
Na ceste k batérii SSD
Ďalším bodom útoku: elektrolyt - kvapalina, v ktorej lítiové ióny plávajú z jednej elektródy na druhú. „Výrobcovia doteraz používali organické kvapaliny,“ hovorí Franziska Kleinová, chemikka z Helmholtzovho inštitútu v Ulme (HIU), ďalšia z ťažkých váh nemeckého výskumu batérií. „Ale ľahko sa spaľujú.“ Vedci preto chcú nahradiť kvapaliny menej citlivými látkami - napríklad pevnými elektrolytmi vyrobenými z práškovej keramiky. Ale je to vyčerpávajúce pre ióny, aby sa hadom prehnali cez tuhý materiál.
Günther Hambitzer (64) sa preto uberá inou cestou - vynálezca z Bonnu a docent pre fyzikálnu chémiu na univerzite vo Witten/Herdecke sa spolieha na anorganický elektrolyt, ktorý vyvinul počas 30 rokov základného výskumu (vrátane systému batérií z USA pre vojenské aplikácie) alebo lepšie povedané: sa demaskoval. Pevný iónový vodič, o ktorý nedávno požiadal o patent, je nehorľavý a odolný voči hlbokým výbojom, nestarne, a preto by mohol byť základom pre batériu, ktorá vydrží prakticky navždy, neobsahuje kobalt a iné dôležité látky a je tiež lacná z hľadiska výroby. Spoločne s Centrom pre technológiu palivových článkov (ZBT) v Duisburgu a s podporou spoločností Steag a IBM, okrem iných, plánuje spoločnosť High Performance Battery Technology (HPBT) GmbH, ktorú založil Hambitzer a dvaja partneri, vyrobiť svoje prvé prototypy v Porýní v najbližších 18 mesiacoch vyrábať nové polovodičové batérie, ktoré sa potom použijú ako medzipamäť na demonštračné účely v rámci projektu sebestačnosti v Rakúsku.
30 000 nabíjacích cyklov
V rozhovore pre EDISON popisuje Sebastian Heinz Hambitzerov objav, na ktorom je založená nová technológia ukladania dát, ako „geniálny ťah“. Bývalý telekomunikačný manažér je zodpovedný za firemnú stratégiu a marketing vynálezu na HPTB - sám Hambitzer je príliš technický pracovník a navyše mal za posledných desať rokov trpké skúsenosti s inštitucionálnymi investormi, ktoré najskôr viedli k sporu a potom malo za následok bankrot. Vedec sa preto dnes radšej sústredí na laboratórne práce.
Tam sa mu prvýkrát v roku 2010 podarilo vyrobiť batériové články, ktoré „prekonali súvislosť medzi zvýšením vnútorného odporu a znížením kapacity“, čo znamená, že nestarli v dobrej nemčine a mali tiež plnú úložnú kapacitu na viac ako 30 000 nabíjacích a vybíjacích cyklov. „Dnešné lítium-iónové články s organickými elektrolytmi zvyčajne končia svojou životnosťou po 3 000 nabíjacích cykloch,“ zdôrazňuje v rozhovore Hambitzer. Neustále klesajúci výkon je spôsobený skutočnosťou, že počas elektrochemických procesov v článku so značnou tvorbou solí sa vytvára látka, ktorá sa pripája k elektródam a zvyšuje tak vnútorný odpor. Elektrická vodivosť iónových vodičov klesá nad túto hodnotu. Nakoniec sa bunka zrúti.
Podľa jeho vlastných slov sa Hambitzerovi podarilo dešifrovať proces starnutia, ale aj identifikovať a izolovať látku, ktorá sa vytvára počas procesu starnutia pôvodného elektrolytu. Pri ďalších experimentoch zistil, že táto látka je veľmi dobrým fixným iónovým vodičom, ktorý ak sa zavedie priamo do bunky, zabráni tvorbe solí a tým aj starnutiu. Hambitzer: „To bol prielom“. A pekné na ňom: „Recept je jednoduchý. A všetky ingrediencie na kokteil dostanete v lekárni, “hovorí potešený partner Thomas Lützerath, ktorý okrem iného vyvíjal elektromotory aj pre vozidlá VW e-Golf a Renault Twizy. Pre nový typ batérie nie sú potrebné ani vzácne zeminy, ani zlato alebo kobalt. Detaily? Stále sú obchodným tajomstvom.
Veľké skladovacie systémy na prechod energie
Pred sériovou výrobou však ešte zostáva pred Bonnským tímom nejaká práca. Hambitzer odhaduje, že prvá vzorka nového typu bunky s kapacitou 1,4 ampér hodiny by mohla byť pripravená začiatkom leta, ak pôjde všetko podľa plánu. Spoločne s priemyselnými partnermi však chcú tiež zdokonaliť priemyselnú výrobu batérie a ďalej zvyšovať úložnú kapacitu článku, aby mohli za 18 mesiacov predstaviť predindustriálny prototyp s kapacitou 50 ampérhodín. Za týmto účelom sa v súčasnosti na Federálnom ministerstve hospodárstva vynakladá úsilie na získanie finančných prostriedkov z fondu financovania výskumného programu „Inovácie pre energetickú transformáciu“, uvádza Heinz.
Pretože polovodičová batéria ponúka možnosť ukladať zelenú elektrinu vyrobenú pomocou veterných turbín a fotovoltaických článkov, keď je rozvodná sieť momentálne zaneprázdnená z dôvodu nadmerného zásobovania. Buffer a domáce skladovanie sú prvými oblasťami použitia Hambitzera, ktorý už má na mysli veľké skladovacie nádrže v kontajnerovom formáte, balíček 14 000 batériových článkov s kapacitou 2 megawatthodín: skladovanie elektrochemických batérií s vysokou ekonomickou účinnosťou a zlepšenou ekologickou rovnováhou. “
Automobilový priemysel si musí počkať
A čo z toho má automobilový priemysel? V prvom rade nič. Hambitzer vidí pevné bunky pre mobilné použitie len asi za tri roky. „Elektromobilita je v súčasnosti veľmi emotívnou témou - ale potreba vysokovýkonného ukladania a potreba v priemysle v dôsledku prechodu energie sú v súčasnosti oveľa väčšie.“ Ak by však výrobca alebo dodávateľ automobilov nechcel čakať tak dlho - spoločnosť založená v Bonne by bola otvorená aj pre licenčnú výrobu.