Vývoj batérií: Vízia verzus krutá pravda

Strana 2/2

Gé­lo­vé fluori­do­vo-ióno­vé ba­té­rie

Gé­lo­vé ba­té­rie sú tvo­re­né zme­sou te­ku­té­ho elek­tro­ly­tu a po­ly­mé­ru v po­do­be že­la­tí­no­vej hmo­ty. Sú for­mo­va­teľ­né, pre­to­že vo vý­rob­nom pro­ce­se sa po­ly­mér za­li­su­je me­dzi anó­du a ka­tó­du. Gé­lo­vé ba­té­rie sa mô­žu „krá­jať", vy­rá­bať v rôz­nych tva­roch či „dos­kách". Ba­té­riu tak mož­no sfor­mo­vať ako náh­ra­du ša­si mo­bi­lu či no­te­boo­ku (je na to dos­ta­toč­ne pev­ná), prí­pad­ne s vy­uži­tím kom­po­zit­ných ma­te­riá­lov by moh­la tvo­riť nap­rík­lad pred­nú ka­po­tu auto­mo­bi­lu.

Mô­že pos­lú­žiť v ultra­boo­koch ako te­nuč­ká ba­té­ria pod klá­ves­ni­cou, prí­pad­ne sa mô­že umies­tniť za LED dis­plej. Ka­pa­ci­ta gé­lo­vých ba­té­rií je ob­dob­ná tým dneš­ným. Jej vý­ho­da je prek­va­pi­vo niž­šia vý­rob­ná ce­na ako Li-Ion ba­té­rií a zá­ro­veň je tá­to tech­no­ló­gia prip­ra­ve­ná na na­sa­de­nie na trh.

Ro­zum­nou mož­nos­ťou z poh­ľa­du hus­to­ty ener­gie sa zda­jú fluori­do­vo-ióno­vé ba­té­rie. Na anó­de aku­mu­lá­to­ra sa na­chá­dza že­le­zo a na ka­tó­de je pou­ži­tý fluorid že­lez­na­tý. Vý­hod­ná je vy­so­ká hus­to­ta ener­gie, kto­rá je teo­re­tic­ky 20-ná­sob­ne vy­ššia ako pri Li-Ion ba­té­riách. Ko­mer­čné vy­uži­tie tej­to tech­no­ló­gie je však za­tiaľ v ne­doh­ľad­ne.

Pa­li­vo­vé člán­ky

Hyd­ro­gen Fuel Cells (pa­li­vo­vé člán­ky) bo­li pred pár rok­mi os­pe­vo­va­né ako ďal­ší evo­luč­ný krok v ba­té­rio­vom prie­mys­le. Uh­ľo­vo­dík v pa­li­vo­vom člán­ku má vý­ho­du vo vy­ššej hus­to­te ener­gie (asi 400 Wh/kg). Pa­li­vo­vý člá­nok je vlas­tne gal­va­nic­ký člá­nok. „Tan­ku­je" sa doň vo­dík, kto­rý sa me­ní na vo­du via­za­ním kys­lí­ka, čím sa uvoľ­ňu­je elek­tri­na.

Vo­du mož­no nás­led­ne opä­tov­ne pre­me­niť na vo­dík a kys­lík. Vý­ho­da pa­li­vo­vých člán­kov je ich sta­bi­li­ta, a po­kiaľ je za­bez­pe­če­ný prí­vod pa­li­va (vo­dík), mô­žu fun­go­vať nep­retr­ži­te. Exis­tu­je via­ce­ro ty­pov pa­li­vo­vých člán­kov v zá­vis­los­ti od pre­vádz­ko­vej tep­lo­ty a pou­ži­té­ho elek­tro­ly­tu. Prob­lém pa­li­vo­vých člán­kov je v ich vy­so­kej vý­rob­nej ce­ne, čím sa tá­to tech­no­ló­gia stá­va ne­pou­ži­teľ­nou na ma­so­vé na­sa­de­nie.

fuel cell_2b.jpg

Prin­cíp fun­kcie pa­li­vo­vé­ho člán­ku - vo­dík sa me­ní na vo­du via­za­ním kys­lí­ka, čím sa uvoľ­ňu­je elek­tri­na

Re­doxné člán­ky

Re­dox­ný člá­nok je kom­bi­ná­cia pa­li­vo­vé­ho člán­ku a aku­mu­lá­to­ra. Hus­to­ta ener­gie je sí­ce o nie­čo niž­šia ako v prí­pa­de Li-Ion ba­té­rie, ale re­dox­ný člá­nok umož­ňu­je „do­bi­tie" do pl­nej ka­pa­ci­ty v prie­be­hu pár mi­nút.

Prin­cíp spo­čí­va vo vy­uži­tí te­ku­té­ho elek­tro­ly­tu, od­de­le­né­ho v dvoch nádr­žiach, pri­čom by napr. pri vy­uži­tí v elek­tro­mo­bi­le exis­to­va­li špe­ciál­ne čer­pa­cie sta­ni­ce. Do­bí­ja­nie by vlas­tne pred­sta­vo­va­lo vý­me­nu elek­tro­ly­tu pod tla­kom. Spor­ná zos­tá­va veľ­kosť ta­kých­to člán­kov, aj keď exis­tu­je pro­to­typ vo veľ­kos­ti no­te­boo­ko­vej ba­té­rie. Ná­pad nie je zlý, ale bu­do­vať úpl­ne no­vú infra­štruk­tú­ru čer­pa­cích sta­níc pre elek­tro­mo­bi­ly nik­to ne­bu­de.

Ten­ké gra­fé­no­vé plát­ky a na­no­tech­no­ló­gie

Gra­fén je for­ma uh­lí­ka, štruk­tú­rou po­dob­ná gra­fi­tu, ob­ja­ve­ná v ro­ku 2004. Ma­lo by ísť ak­tuál­ne o naj­pev­nej­ší zná­my ma­te­riál na sve­te. Gra­fé­no­vé ba­té­rie sú tvo­re­né ten­ký­mi gra­fé­no­vý­mi plát­ka­mi s hrúb­kou jed­né­ho ató­mu uh­lí­ka. Tie sú pri­pev­ne­né na viac vrs­tiev kre­mí­ka, v kto­rých sú ot­vo­ry veľ­kos­ti 10 až 20 nm, umož­ňu­jú­ce tok iónov.

Ten­to vý­voj je vý­raz­ne pod­po­ro­va­ný uni­ver­zit­ným vý­sku­mom a pod­ľa vy­hlá­se­ní niek­to­rých uni­ver­zít by tá­to tech­no­ló­gia ma­la byť ko­mer­čne dos­tup­ná o 3 až 5 ro­kov. Gra­fé­no­vé ba­té­rie by ma­li pos­ky­to­vať 10-ná­sob­ne vy­ššiu ka­pa­ci­tu ako dneš­né Li-Ion ba­té­rie, pri­čom by ich ma­lo byť mož­né na­biť 10-ná­sob­ne rých­lej­šie.

Vý­raz­ný prob­lém je ob­me­dze­ný po­čet na­bí­ja­cích cyk­lov, s čím ved­ci ak­tuál­ne bo­ju­jú. Po 150 cyk­loch to­tiž kles­ne ka­pa­ci­ta ta­kej­to ba­té­rie prib­liž­ne na po­lo­vi­cu. Gra­fé­no­vý­mi plát­ka­mi s hrúb­kou jed­né­ho ató­mu sa ot­vá­ra ka­pi­to­la na­no­tech­no­ló­gií, uh­lí­ko­vých na­not­ru­bi­čiek a na­nod­rô­ti­kov (slú­žia­cich ako elek­tró­dy), pri­čom na­noš­truk­tú­ry umož­ňu­jú for­mo­va­nie rôz­nych tva­rov, us­po­ria­da­nie vnú­tor­né­ho 3D pries­to­ru na zvý­še­niu plo­chy, te­da ka­pa­ci­ty ba­té­rie.

Mi­liar­dy tru­bi­čiek zna­me­na­jú väč­ší povrch, väč­šie pre­no­sy iónov a vo vý­sled­nom efek­te vy­ššiu ka­pa­ci­tu ba­té­rie. Na­no­tech­no­ló­gie (či už uh­lí­ko­vé, kre­mí­ko­vé, ale­bo iné) sú však hud­bou ďa­le­kej bu­dúc­nos­ti.

grafen.jpg

Ma­te­riál vy­náj­de­ný v ro­ku 2004 je ak­tuál­ne je­den z naj­pev­nej­ších ma­te­riá­lov na sve­te a vy­uží­va sa v špe­ciál­nych gra­fé­no­vých ba­té­riách

Su­per­kon­den­zá­to­ry a ba­té­rie z te­ku­tých ko­vov

V an­glic­kom ja­zy­ku sa na­zý­va­jú ultra­ca­pa­ci­tors a umož­ňu­jú pl­né na­bi­tie rá­do­vo v se­kun­dách pri prak­tic­ky neob­me­dze­nom poč­te na­bí­ja­cích cyk­lov, ne­poz­na­jú sa­mo­vy­bí­ja­cí efekt a umož­ňu­jú krát­ko­do­bo vy­šší vý­daj ener­gie, čo by bo­lo ideál­ne napr. pri zrý­chle­ní elek­tro­mo­bi­lu. O su­per­kon­den­zá­to­roch sa to­ho ve­ľa ho­vo­rí, nik­to však ne­vie, či sa vô­bec doč­ka­jú ma­so­vej vý­ro­by a vy­uži­tia v elek­tro­mo­bi­loch.

Mi­ni­mál­ne nie ako je­di­ný zdroj ener­gie. Ro­zum­nej­ším rie­še­ním sa zda­jú ba­té­rie z te­ku­tých ko­vov (Liquid Me­tal Bat­te­ry), kto­ré na­priek to­mu, že ma­jú te­ku­té čas­ti, po­nú­ka­jú dob­rý po­mer veľ­kos­ti, ka­pa­ci­ty a naj­mä ce­ny. Nie sú vhod­né do smar­tfó­nov, vý­voj by ich však mo­hol zmi­nia­tu­ri­zo­vať na pot­re­by no­te­boo­kov. Za tú­to tech­no­ló­giu ho­vo­rí pod­po­ra naj­rôz­nej­ších gran­tov. Dneš­né pro­to­ty­py pos­ky­tu­jú ka­pa­ci­tu 20 am­pé­rov v ba­té­rii veľ­kos­ti ple­chov­ky a 200 am­pé­rov v ška­tu­li veľ­kos­ti oba­lu na piz­zu.

superkondenzator.jpg

Umož­ňu­jú pl­né na­bi­tie rá­do­vo v se­kun­dách pri prak­tic­ky neob­me­dze­nom množ­stve na­bí­ja­cích cyk­lov a umož­ňu­jú krát­ko­do­bo vy­šší vý­daj ener­gie. Nik však ne­tu­ší, či ma­jú reál­ne vy­uži­tie pre pot­re­by spot­reb­nej elek­tro­ni­ky.

„Last, but not least" - Li-Air

Jed­na z naj­sľub­nej­ších tech­no­ló­gií na vy­uži­tie v ka­te­gó­rii spot­reb­nej elek­tro­ni­ky ne­sie ozna­če­nie Li-Air, čo je mo­der­ni­zo­va­ná ver­zia Li-Ion ba­té­rií. Áno, Air sku­toč­ne ozna­ču­je vzduch, kon­krét­ne kys­lík. Tech­no­ló­gia Li-Air po­chá­dza­jú­ca z uni­ver­zi­ty MIT a z vý­skum­ných cen­tier gi­gan­tov, ako je BASF a IBM.

Prin­cíp je nas­le­du­jú­ci: Na klad­ne na­bi­tej elek­tró­de lí­tio­vo-vzdu­cho­vých člán­kov je ulo­že­ný uh­lík, kto­rý rea­gu­je s kys­lí­kom a vy­rá­ba tak elek­tric­ký prúd. Keď­že uh­lík je ľah­ší ako kov, aj ba­té­rie sú ľah­šie, no pri do­bí­ja­ní sa tá­to vrstva ľah­šie na­ru­ší. Teo­re­tic­ká špe­ci­fi­ká­cia ho­vo­rí o hus­to­te ener­gie viac ako 5000 Wh/kg pri ty­pe Li-OH (Li + ¼ O2 + ½ H2O = LiOH) a do­kon­ca o hus­to­te nad 11 000 Wh/kg pri ty­pe Li2O2 (Li + O2 = Li2Teória je vždy roz­diel­na od praxe, pro­to­typ Li-Air ba­té­rie sa od­ha­du­je na hus­to­tu ener­gie 1300 až 1500 Wh/kg, čo je však reál­ne 5- až 10-ná­sob­ne väč­šia skla­do­va­cia ka­pa­ci­ta pri rov­na­kej hmot­nos­ti, resp. 2× väč­šia pri rov­na­kom ob­je­me (všet­ko v po­rov­na­ní s kon­ven­čný­mi Li-Ion ba­té­ria­mi).

Ke­by sa po­da­ri­lo Li-Air ba­té­riám prib­lí­žiť sa teo­re­tic­kým pred­pok­la­dom, moh­li by pos­ky­to­vať väč­šiu hus­to­tu ener­gie ako ben­zín. Li-Air ba­té­ria má na­vy­še níz­ke vý­rob­né nák­la­dy. Od tej­to tech­no­ló­gie si sľu­bu­jú vý­rob­co­via naj­viac ús­pe­chov. V praxi by elek­tro­mo­bil po­há­ňa­ný Li-Air ba­té­ria­mi mo­hol prejsť na jed­no na­bi­tie až 800 km/h. Pr­vý pro­to­typ by mal uzrieť svet­lo sve­ta už v ro­ku 2013, do sé­rio­vej vý­ro­by by sa mo­hol dos­tať oko­lo ro­ku 2020.

li-air1b.jpg

Li-Air ba­té­rie ma­jú v se­be uh­lík, kto­rý rea­gu­je so vzdu­chom. Áno, nao­zaj rea­gu­je s kys­lí­kom a vy­tvá­ra elek­tri­nu. Li-Air ba­té­rie by moh­li do­siah­nuť rá­do­vo lep­šiu hus­to­tu ener­gie ako Li-Ion.

Ako to te­da bu­de?

Mož­nos­tí, kam sa poh­núť v otáz­ke ba­té­rio­vých tech­no­ló­gií, je nie­koľ­ko. Buď sa mô­žu ved­ci po­kú­siť hľa­dať čo­raz účin­nej­šie ma­te­riá­ly op­ti­ma­li­zu­jú­ce ka­pa­ci­ty a vý­dr­že ba­té­rií (su­chý po­ly­mé­ro­vý elek­tro­lyt, vy­uži­tie hor­čí­ka, kom­bi­ná­cia lí­tia a mor­skej vo­dy, nah­ra­de­nie uh­lí­ko­vej vrstvy si­li­kó­nom atď.), prí­pad­ne mô­žu vy­my­slieť nie­čo úpl­ne no­vé (pa­li­vo­vé člán­ky, su­per­kon­den­zá­to­ry). Nech je ako­koľ­vek, ako pou­ží­va­te­lia po viac ako 15 ro­koch bez vý­raz­nej zme­ny už tú zme­nu ko­neč­ne chce­me. Na­bí­jať štvoj­jad­ro­vý smar­tfón dvak­rát za deň pred­sa ni­ko­ho ne­ba­ví... :-)

Ilú­zia o elek­tro­mo­bi­loch

Dneš­ný elek­tro­mo­bil sto­jí 30 000 eur. Ho­ci nák­la­dy na pre­ces­to­va­ný ki­lo­me­ter sú v elek­tro­mo­bi­le prib­liž­ne vo vý­ške 25 % v po­rov­na­ní so spa­ľo­va­cí­mi a vzne­to­vý­mi mo­tor­mi, nik­dy sa in­ves­tí­cia po­čas ži­vot­nos­ti elek­tro­mo­bi­lu nev­rá­ti. Žiaľ, je to fakt. Elek­tro­mo­bil si dnes kú­pi buď „ultra-eko­lo­gic­ky" zmýš­ľa­jú­ci člo­vek, ale­bo zbo­hat­lík.

To potvr­dzu­jú aj poč­ty pre­da­ných elek­tro­mo­bi­lov na Slo­ven­sku v ro­ku 2012 - do dneš­né­ho dňa sa pre­dal je­den kus. Buď sa auto­mo­bil­ky spa­mä­ta­jú a ra­di­kál­ne zní­žia ce­ny, ale­bo zos­ta­ne elek­tro­mo­bil stá­le iba zby­toč­ne dra­hou „hrač­kou". Sa­moz­rej­me, ne­ro­bí­me si ilú­zie, že zo dňa na deň zra­zu elek­tro­mo­bi­ly nah­ra­dia všet­ky dneš­né au­tá.

Aj ke­by na to exis­to­va­la po­zem­ná infra­štruk­tú­ra (na­bí­ja­cie sta­ni­ce - ve­rej­né a do­má­ce), na na­bí­ja­nie by bo­lo tre­ba od­ha­dom pre ce­lú Európ­sku úniu pos­ta­viť asi 150 no­vých jad­ro­vých elek­trár­ní. Kaž­dú s vý­ko­nom nad 1,5 GW. Mi­nu­lý me­siac sme tes­to­va­li v re­dak­cii pr­vý elek­tro­mo­bil na Slo­ven­sku. Ho­vo­rí­me jas­né áno tej­to tech­no­ló­gii, ale ilú­zie si ne­ro­bí­me. Bez re­vo­lú­cie v auto­mo­bi­lo­vom a ba­té­rio­vom prie­mys­le to jed­no­du­cho ne­pôj­de.


Zdroj: PC REVUE 5/2012


« prvá strana « predchádzajúca strana ďalšia strana » posledná strana »  


Ohodnoťte článok:
   
 

24 hodín

týždeň

mesiac

Najnovšie články

Re­cen­zia: So­ny XPE­RIA M4 Aqua
Lákadlom nového modelu predstaveného na MWC je nielen jeho deklarovaná odolnosť proti vode a prachu, ale aj atraktívny, elegantný prémiový dizajn, interne nazývaný OmniBalance, ktorý sa Sony osvedčil vo vlajkovom modeli Xperia Z3. čítať »
 
Re­cen­zia: In­tel Com­pu­te Stick - po­čí­tač do vrec­ka
Kompletný počítač v puzdre o niečo väčšom ako bežný kľúč USB od Intelu je jeden z prvých predstaviteľov novej kategórie výpočtových zariadení. čítať »
 
PC RE­VUE vi­deo: Sam­sung Gear VR In­no­va­tor Edi­tion
Otestovali sme okuliare pre virtuálnu realitu využívajúce telefóny Samsung Galaxy S6 a S6 edge. čítať »
 
PowerI­SO
Dlho sme hľadali univerzálny nástroj, ktorý by zvládol všetky operácie s obrazmi CD, DVD alebo Blu-ray. čítať »
 
Aomei Par­ti­tion As­sis­tant Pro
Každý IT nadšenec iste už raz prišiel do styku s partíciami na diskoch a potrebou ich úpravy či opravy. čítať »
 
Vi­deo: Prih­lá­se­nie do inter­net ban­kin­gu od­tlač­kom prs­ta
UniCredit Bank pre svojich klientov pripravil zaujímavé novinky v mobilnom bankovníctve. Vďaka využitiu najnovších funkcií inteligentných telefónov sa do mobilných aplikácií Smart Banking a Smart kľúč môžu prihlásiť jednoduchým zosnímaním odtlačku prsta. čítať »
 
Re­cen­zia: Har­man/Kar­don OM­NI
Zvukový systém OMNI je na prvý pohľad ďalší z radu reproduktorov, ktoré majú bezdrôtový prenos a možnosť párovania medzi sebou. čítať »
 
Re­cen­zia: GoP­ro He­ro 4
Spoločnosť GoPro prišla koncom minulého roka s ďalšou generáciou obľúbeného modelu športovej kamery s označením Hero 4. čítať »
 
 
 
  Zdieľaj cez Facebook Zdieľaj cez Google+ Zdieľaj cez Twitter Zdieľaj cez LinkedIn Správy z RSS Správy na smartfóne Správy cez newsletter