murr Schunk

České baterie se chystají dobýt svět

Své želízko v ohni mají ve vývoji technologií pro moderní baterie i čeští konstruktéři. Nedávno svou novinku představili světu v podobě baterií zcela nové generace s označením HE3DA (High Energy 3D Accumulator), což je i název firmy zabývající se jejich vývojem a výrobou.

 

Na rozdíl od anoncovaných úspěchů zahraničních vědců a výzkumných týmů je HE3DA ryze českého původu, a už se i reálně vyrábí. Za jejím vznikem stojí práce týmu českého vynálezce profesora Jana Procházky. Společnost HE3DA, kterou založil s podnikateli Radomírem Prusem a Vladimírem Jirkou se zabývá aplikovaným výzkumem a vývojem bateriových technologií a jejich komercionalizací. Vyvinula unikátní technologii a proces výroby baterií s 3D prostorovými elektrodami na bázi lithiových nanomateriálů (HE3DA) a díky investici 50 mil. eur (asi 1,35 mld. Kč) od čínského investora Čchu Ťüan-pina, který drží ve firmě menšinový podíl, mohla vybudovat i moderní továrnu na jejich výrobu. Během loňského roku připravila firma do výroby aplikace HE3DA baterií pro automobilový průmysl a dokončila vývoj akumulátoru s technickými a ekonomickými parametry umožňujícími jeho masové využití jako velkokapacitní záložní a vyrovnávací zdroj v energetice.

Slibné parametry přitahují zájem
Bateriový systém HE3DA nabízí kapacitu až přes 500 Wh/l a více než 95% účinnost. Kilowatthodinový modul poskytuje 15krát vyšší maximální výkon než u v současnosti využívaných technologií a životnost přes 5000 cyklů. Maximální nominální napětí článku je 2 - 4,3 V, doporučené pracovní napětí 3 - 4,2 V. Při plném nabití činí napětí baterie 4,2 V, ve stavu plného vybití je na hodnotě 2 V. Samovybíjení činí podle výsledků měření pod 1 % měsíčně, baterie nevykazuje paměťový efekt, je bezpečná, bez problémů snáší i hluboké vybití i přebíjení, funguje i při poškození. Nabíjení článku trvá v závislosti na jeho typu od 15 minut do 12 hodin, optimální nabíjecí proud je podle výrobce jakýkoliv - baterie si vezme jen tolik, kolik potřebuje. Ideální pracovní teplota baterie je 26 °C, ale funguje i při teplotách v rozmezí od -10 až do 80 °C, přičemž i při -20 °C lze dosáhnout asi 5 % kapacity. Baterie byla rovněž bez komplikací testována i při dlouhodobé teplotě 85 °C. Za velmi důležité považují tvůrci baterie, že ani při vysokých nárazových odběrech nedochází k dramatickému nárůstu teploty, které je obvykle průvodním jevem u klasických akumulátorů, např. při startování, kdy je běžný teplotní skok až o desítky stupňů Celsia. Nová baterie využívající nanotechnologie takovýto proces zvládla s pouze nepatrným zvýšením teploty o necelý stupeň.
Nová automobilová baterie má tenčí elektrody (vyráběné v kontrolovaném, absolutně bezvodém a bezprašném prostředí), což umožňuje výrazně rychlejší nabíjení a vybíjení. Její vlisované články jsou na rozdíl od klasických akumulátorů, kde jsou umístěny vertikálně, poskládány horizontálně formou tabletek do rámu. Díky tomu má baterie 20krát silnější tloušťku i kapacitu elektrod, pojme stejné množství elektrické energie, ale lze ji vyrobit levněji, a díky efektivnímu chlazení zaberou nové bateriové moduly ve srovnání s klasickými akumulátory i méně místa. Plně nabitá může být už za hodinu a díky využití nanotechnologií a absenci organických látek (kromě elektrolytu), nízkému vnitřnímu odporu a možnosti pracovat v potenciostatickém režimu je vysoce bezpečná - nehoří ani nevybuchuje, takže jak zdůrazňuje výrobce, jde o nejbezpečnější lithiovou baterii na světě. Tajemství tkví v separátoru. I když na první pohled vypadá oddělovací izolační vrstva mezi hliníkovou katodou a měděnou anodou jako papír, ve skutečnosti je vyrobena z nanomateriálu - nehořlavého keramického vlákna, a díky tomu neobsahuje žádnou nežádoucí prasklinu či otvor a nemůže tedy dojít ke zkratu, kdy by hrozilo riziko požáru nebo výbuchu.
Neméně podstatné jsou rovněž ekonomické parametry. V porovnání se současnými 2D lithiovými bateriemi a ostatními srovnatelnými alternativními technologiemi nabízí technologie HE3DA výrazně nižší výrobní a materiálové náklady a díky jednoduchosti výrobních procesů i nízké investiční a provozní náklady. Akumulátory HE3DA jsou navíc 100% recyklovatelné, což znamená další významné úspory.

Výroba odstartována
Po ověřovací fázi ručního sestavování a testování baterií a odlaďování výrobní technologie zahájila v závěru loňského roku v areálu Výzkumného a zkušebního leteckého ústavu v pražských Letňanech, provoz první výrobna na nové 3D baterie. Výroba jednoho akumulátoru trvá na automatizované lince hodinu a deset minut. Zatím jsou však dostupné jen jako vzorky a pro potřeby velkých zákazníků a pro velké energetické celky. Pro komerční výrobu těchto baterií v průmyslovém měřítku se staví továrna v Horní Suché na severní Moravě. V případě, že vše poběží dobře, by mohly být zhruba během jednoho roku dostupné i na trhu – a co je podstatné, za výhodnější předpokládanou cenu, než představuje současná klasická produkce.
Výroba by mohla expandovat i formou licencí. Technologie je globálně patentově chráněna, nicméně, jak uvedl autor přelomové baterie Jan Procházka při jejím oficiálním představení, patenty neobsahují žádné detailní údaje, takže se z nich dá odvodit jen základní princip, a případní plagiátoři by se museli vypořádat se všemi úskalími, která při vývoji technologie překonal tým HE3DA. To by ovšem vyžadovalo značné časové i finanční nároky, vzhledem k tomu, že stěžejní jsou hlavně drobné technologické detaily, které jsou v hlavách autorů, a tudíž je nelze zkopírovat.

Od aut po energetiku
Baterie budou v první fázi určeny jako moderní startovací akumulátory do běžných aut, ale využití by díky svým výkonovým a bezpečnostním parametrům měly najít i v elektromobilech a výhledově se počítá i s akumulátory pro elektrobusy a elektřinou poháněné nákladní automobily.
Atraktivní možnosti nabízí technologie HE3DA a na ní založené baterie díky svým technickým a ekonomickým parametrům i v sektoru energetiky jako velkokapacitní vyrovnávací a stabilizační systém. Parametry článků a celého bateriového
systému totiž mohou být nastaveny dle zákaznických specifikací či dle potřeb daného segmentu. Mohou se uplatnit v oblastech, jako jsou např. vyrovnávání špiček, regulace frekvence, ostrovní sítě, stabilizace obnovitelných zdrojů, záložní zdroje, či Volt/VAR regulace. Pro vysokoenergetické záložní zdroje nabízí objemový a hmotnostní podíl 10 kg/kWh a objem cca 3 litry na kWh. Konstrukce základního 1MWh modulu pro energetiku se skládá ze 125 článků 8 kWh, kdy celkový objem modulu zabírá prostor 8,6 m3. Jednotlivé moduly mohou být kombinovány do velkých systémů, přičemž díky nízkému počtu článků a inovativnímu konceptu BMS je instalace bateriového systému HE3DA velmi jednoduchá a celý systém je prakticky bezúdržbový. /je/

 
Publikováno: 3. 5. 2017 | Počet zobrazení: 1375 článek mě zaujal 206
Zaujal Vás tento článek?
Ano