Naše baterie vydrží desetiletí, slibuje český start-up

Malá česká firma Pinflow se pokouší vylepšit a do praxe prosadit dnes jen vzácně používaný typ baterií. Hlavní výhodou by měla být životnost počítaná na desetiletí.

Zředěné vzorky vanadových elektrolytů. Jde o dva typy elektrolytů, vždy ve stavu vybitém a nabitém. V záporném elektrolytu jsou přítomny kationty vanadnaté (nabitý, fialový) a vanadité (vybitý, zelený), v kladném elektrolytu pak kationty vanadyl (nabitý, žlutý) a vanadyl (vybitý, modrý). | foto: Pinflow Energy Storage

Lithium-iontové baterie se zatím ani zdaleka nechystají opustit pozici jedničky mezi bateriemi. Ale díky zájmu o ukládání elektřiny „lionkám“ roste konkurence. Například v oboru velkých, stacionárních baterií řada odborníků vidí potenciál v tzv. redoxních průtočných bateriích.

Jiří Vrána

Na úspěch těchto „sudových“ baterií sází mimo jiné i začínající český start-up Pinflow, který po několika letech existence v květnu začíná nabírat první zaměstnance. Firmu založili chemičtí inženýři Jaromír Pocedič, Jiří Vrána, Petr Mazúr, Jan Dundálek a Juraj Kosek, kteří se domnívají, že s vylepšeními – částečně i ze své dílny – průtočné baterie mohou časem „lionky“ překonat výkonem i cenou. Jak a proč by se to mohlo stát, vysvětluje Jiří Vrána.

Jak průtočné baterie fungují a proč vám přišly tak slibné?
Průtočné baterie – a ty vanadové nejsou výjimkou – umožňují od sebe oddělit kapacitu baterie a její výkon. Výkon se vytváří v elektrochemickém reaktoru, tedy bateriovém svazku. A kapacita je dána jednoduše objemem dvojice elektrolytů, které jsou v nádržích. To znamená, že baterii je možné zvětšovat podle potřeby přímo na místě, kde stojí. Elektrolyt je na vodné bázi a celé řešení je nehořlavé, nevýbušné, elektrolyt je prakticky nesmrtelný. Ve výsledku je tak baterie velmi trvanlivá. Délka životnosti by měla přesáhnout čtvrtstoletí.

A nejsou omezeny počtem cyklů, tedy tím, kolikrát se mohou nabít nebo vybít?
Tady zabrousím trochu do podrobností. Redoxní baterie se od konvenčních liší v tom, že reakce v nich probíhají pouze na povrchu elektrody. U lithium-iontových i dalších konvenčních baterií dochází k chemickým změnám uvnitř, v těle elektrody. Kvůli tomu se její vlastnosti zhoršují – doslova se trhá a kapacita klesá. To se v našem případě neděje, takže elektrody mají vysokou životnost. Mohou se několikrát denně nabíjet a vybíjet po dlouhé roky.

Laboratorní jednočlánek vanadové redoxní průtočné baterie, jeden z komerčních produktů Pinflow

A co až nakonec doslouží?
Jednoduchá by měla být i recyklace celé baterie – konstrukční části jsou z recyklovatelných plastů, oceli a hliníku. Elektrolyt se dá znovu použít v jiné baterii nebo z něj můžete získat oxid vanadičný, který se používá jako legovací přísada ve výrobě oceli.

Jak jste se k práci na vanadových bateriích dostali a proč jste si je vybrali?
S nápadem přišel zhruba před osmi lety, ještě v době, kdy jsme byli studenty, profesor Juraj Kosek z pražské VŠCHT. Hledal tehdy aktuální problém, který by chemičtí inženýři mohli řešit. V té době se začal rozvíjet trh s obnovitelnými zdroji, ale bylo jasné, že jejich nasazení by bylo mnohem účinnější společně s nějakým systémem na ukládání energie. A že by se mělo jednat pokud možno o nějaké jiné řešení než lithiové baterie.

Jako nejvýhodnější se nám podle naší analýzy ukázaly průtočné baterie – a mezi nimi zase vanadové, které mají řadu výhod. Hlavní je to, že jde o systém s dlouhou životností, i proto, že na obou stranách baterie jsou stejné elektrolyty, a tak nedochází ke kontaminaci a zhoršování vlastností baterie. Tehdy také bylo jasné, že vanadové baterie mají stále ještě velký potenciál. Lithiové baterie proti nim byly výrazně pokročilejší a vyvinutější technologie.

Tušili jste od začátku, které části systému se budete věnovat, v čem chcete systém vylepšit?
Když jsme s vývojem začínali, baterie ještě nebyly tak masivně zapojovány jako v dnešních dnech. Bylo ale zřejmé, že bez stacionárních úložišť nebude možné navyšovat neustále podíl obnovitelných zdrojů v energetickém mixu. Zdálo se nám, že jako chemičtí inženýři bychom měli k řešení problému přispět.

Zvolili jsme si pro další rozvoj redoxní průtočné baterie, které byly v té době na přelomu laboratorního výzkumu a prvních aplikací. Líbil se nám jejich potenciál v oblasti ukládání energie ve větším měřítku. Oproti jiným bateriovým technologiím nám také přišly průtočné baterie jako pro nás poměrně dobře srozumitelný systém. Bateriový svazek, tedy ta část, kde se vytváří výkon baterie, je v podstatě průtočný chemický reaktor.

Začínali jsme v malém, vylepšováním vnitřních částí právě bateriového svazku. Začali jsme prototypovat první malé články, na kterých jsme experimentovali. Věnovali jsme se přípravě elektrolytu, vylepšení vlastností elektrod a rozvodu elektrolytu. Po několika letech jsme pak zkonstruovali první větší bateriové svazky.

Detail 5kW svazku redoxní průtočné baterie firmy Pinflow

A co jste za tu dobu vy jako Pinflow dokázali vylepšit?
Největší pokrok je v bateriovém svazku, který má vyšší proudové hustoty – zcela laicky řečeno, naše baterie při stejných rozměrech vyvine větší výkon při zachování účinnosti. Je to možné díky tomu, že jsme vyvinuli systém s velmi malým vnitřním odporem, kde jsme využili nové membránové materiály a podařilo se nám i vhodně upravit povrch elektrod a design rozvodu elektrolytů.

Jak vypadají elektrody takové baterie?
Vyrábí se z grafitizované plsti široké několik milimetrů. Elektrolyt protéká skrz tuto plstěnou strukturu a reakce v podstatě probíhá na každém vlákně této uhlíkové plsti. Plocha elektrody tedy není dána pouze obdélníkovým rozměrem elektrody, ale v úvahu musí být brána i vnitřní struktura v plsti. Pouhý gram uhlíkové plsti má plochu typicky kolem půl metru čtverečního.

Přejděme ke konkurenci. Jak chcete „lionky“ porazit, když mají na své straně tu hlavní a rozhodující výhodu – nižší cenu?
Ne vždy, v některých případech už dnes mohou vanadové baterie být levnější.

V kterých případech?
Jedná se o opravdu velké systémy s výkonem desítek megawattů. Cena je vždy závislá na velikosti baterie. I velké instalace bateriových úložišť na bázi lithia jsou vždy složeny z jednotlivých malých článků, které mají svou elektroniku, cena systému v závislosti na kapacitě roste prakticky lineárně. V případě průtočných baterií nárůst ceny zvolňuje s velikostí systému, protože systém je technologicky jednodušší. Od určité velikosti můžou být průtočné baterie levnější. Ve velkém měřítku, řekněme od desítek megawattů výše, může být navíc plocha bateriemi zastavěná menší než u systémů na bázi lithia. Z požárního hlediska jsou totiž vanadové baterie bezpečnější, a tak zjednodušeně řečeno mezi nimi nemusí být rozestupy. Redoxní baterie přitom ještě mohou výrazně zlevňovat. Neprojevují se u nich úspory z rozsahu, tedy z výroby ve velkých objemech, které v posledních letech zlevňují lithiové baterie.

Z toho všeho plyne, že tento typ baterií v elektromobilech těžko bude…
Vanadové baterie jsou opravdu vhodné spíše pro stacionární užití: na objem se v nich nedá skladovat tolik energie. Ovšem velkou výhodou vanadových baterií je škálovatelnost. A tak i my míříme na širokou škálu aplikací, od malých, cca pětikilowattových systémů, jako zálohy třeba telekomunikačních zařízení, jako jsou věže pro mobilní vysílání, nebo i jako záložní systém k bytovému domu, až po velké energetické systémy s kapacitou v řádu megawatthodin.

Ale ať má systém jakýkoliv výkon, obecně platí, že u průtokových baterií je výhodnější stavět baterie, které mají vysoký poměr mezi výkonem a celkovou v nich uskladněnou energií. Jinak řečeno, je lepší stavět baterie, které vydrží v provozu několik hodin na maximální výkon. Zhruba od pěti hodin výše, tedy výkon:kapacita 1:5 nebo i víc.

To jsou plány do budoucna. Co můžete reálně nabídnout teď?
Pinflow má z našeho pohledu tři pilíře. Zaprvé prodáváme zařízení do laboratoří na experimenty s materiály do průtočných baterií. To pro nás jako výzkumníky byl takový přirozený přechod k byznysu. Řadu těchto systémů sami používáme, navíc jsou průtokové baterie docela velké výzkumné téma, systémy si chce „osahat“ a experimentovat s nim řada laboratoří, takže je poměrně velká poptávka. To je to, co teď tedy reálně prodáváme. Už jsme po celém světě instalovali asi sedmdesát takových systémů.

A ty další „pilíře“?
Pak jsme aktivní i ve výzkumu – jsme tedy stále výzkumná laboratoř, byť pod svou značkou, ne značkou univerzity. Účastníme se třeba evropských vývojových projektů HIGREEW a HYFLOW, konkrétně právě tématům kolem vylepšení průtočných baterií.

A třetí pilíř je start-upová linie výroby vanadových redoxních průtočných baterií. Zatím jsme postavili několik systémů s výkonem jednotlivých modulů pět kilowattů.

Laboratorní testovací stanice se dvěma články redoxní průtočné baterie společnosti Pinflow

Jak vypadají?
Jsou to takové velké „skříně“, zhruba s necelými dvěma metry na výšku, metr hluboké a dva metry široké. Kapacita je třicet kilowatthodin, uvnitř jsou až dva stejnosměrné svazky s napětím 48 V. Vyvíjíme i větší systémy, o výkonu řádově desítek kilowattů, které vlastně budou skládačka z těch vyzkoušených pětikilowattových modulů. Pro nás se zkušenostmi hlavně z laboratoře to byla nová záležitost, design nám zabral dost času, ať už šlo o potrubí, nádrže nebo konstrukční prvky, nebo vývoj v průmyslových standardech.

Takže už je chystáte, nebo přímo stavíte?
Teď finalizujeme baterii napájenou z obnovitelného zdroje o výkonu 15 kW a kapacitě 70 kWh, která by mohla provádět dva až tři cykly denně. A máme několik dalších želízek v ohni, znovu jde o systémy s výkonem v řádu nižších desítek kW a vybíjecím časem kolem pěti hodin. Zatím to ovšem šlo pomalu, i proto, že nestíháme plnit zakázky na laboratorní moduly. Od května ale nabíráme první tři zaměstnance z přidružených technických oborů, tak se to snad více rozjede.

A dál?
U baterií s výkony řádově desítek kilowattů nemůžeme skončit, to je nám jasné. Musíme se s našimi úložišti dostat na úroveň desítek megawattů výkonu. Zatím se ale budeme držet všech tří pilířů: budeme dál rozšiřovat produktovou linii našich produktů pro výzkumníky. Také doufáme, že se nám v rámci výzkumných projektů podaří další průlom v oblastech chemie elektrolytů pro průtočné baterie a zlepšení výkonové složky svazků. Obojí by totiž dost zásadně mohlo snížit cenu technologie.

My jsme to zatím moc nezmínili, ale vanadové baterie zatím nejsou nijak velký trh. Kdy odhadujete, že by se mohl trh s vanadovými redox bateriemi skutečně rozběhnout?
Situace už je na to podle nás z technického hlediska de facto zralá, ale samozřejmě bude chvíli trvat, než si zákazníci získají důvěru a budou ochotní ocenit výhody vanadových průtočných baterií. Podle nás bude zlomová chvíle, kdy se začne ukazovat problém s životností lithiových systémů. Ty mají sice spoustu jiných výhod, ale dlouhá životnost mezi nimi není. Navíc ani otázka recyklovatelnosti není z ekonomického pohledu zcela vyřešena. My jsme jako chemičtí inženýři přesvědčení, že dokážeme nabídnout systém cenově srovnatelný, ale s výrazně vyšší životností. A jsme přesvědčení, že zákazníci se nakonec nechají přesvědčit.

Text vznikl pro web Emovio.cz. Před vydáním byl redakčně upraven. Originál najdete zde.

Autor:
  • Nejčtenější

K čemu „ty brýle od Applu“ vlastně jsou? Odpovídáme na překvapivý dotaz

v diskusi je 162 příspěvků

22. února 2024

K čemu to je? To byla nejčastější reakce na headset Apple Vision Pro pod článkem, kde jsme jej jako...

Návrat USA na Měsíc po více než 50 letech. První soukromý modul úspěšně přistál

v diskusi je 95 příspěvků

22. února 2024  16:09,  aktualizováno  23.2

Měsíční přistávací modul Nova-C pojmenovaný Odysseus se v pátek dostal na povrch Měsíce. Splnil tak...

{NADPIS reklamního článku dlouhý přes dva řádky}

{POPISEK reklamního článku, také dlouhý přes dva a možná dokonce až tři řádky, končící na tři tečky...}

Pravda o mobilech. Profesor Vrba vysvětluje vliv záření na lidské zdraví

20. února 2024

Premium Francouzi vloni zakázali prodej celé série mobilních telefonů iPhone 12. Podle nich z přístrojů...

Vtipně překonali „neřešitelný problém“, astronauti na ISS jsou nadšení

v diskusi je 25 příspěvků

27. února 2024  14:16

Barcelona (Od zpravodaje Technet.iDNES.cz) Udržet se třeba půl roku v uzavřeném nehostinném prostoru v dobré psychické i fyzické kondici je...

{NADPIS reklamního článku dlouhý přes dva řádky}

{POPISEK reklamního článku, také dlouhý přes dva a možná dokonce až tři řádky, končící na tři tečky...}

Nejvzdálenější sonda ve vesmírném prostoru neodpovídá. NASA neví, co s tím

v diskusi je 40 příspěvků

22. února 2024

Premium Je to více než deset let, co sonda Voyager 1 vyletěla jako první stále funkční lidský výtvor...

VIDEO: Střílej po mně! Kameraman natočil téměř celý útok v centru Prahy

Premium Ve čtvrtek zemřelo rukou střelce Davida K. 14 obětí, 25 lidí je zraněných, z toho deset lidí těžce. Jedním z prvních na...

Máma ji dala do pasťáku, je na pervitinu a šlape. Elišku čekají Vánoce na ulici

Premium Noční Smíchov. Na zádech růžový batoh, v ruce svítící balónek, vánoční LED svíčky na baterky kolem krku. Vypadá na...

Test světlých lahvových ležáků: I dobré pivo zestárne v obchodě mnohem rychleji

Premium Ležáky z hypermarketů zklamaly. Jestli si chcete pochutnat, běžte do hospody. Sudová piva totiž dopadla před časem...

POZOR VLAK: Víte, jak se vyrábějí nejmodernější pražce? Je to věda

v diskusi nejsou příspěvky

28. února 2024

Víte, kolik je železničních pražců v síti Správy železnic? Napočítali byste jich 23,208 milionu....

Nedostali ho Němci, ale Američanka v Praze. Příběh francouzského esa východní fronty

v diskusi nejsou příspěvky

28. února 2024

Premium Jména francouzských stíhacích es málokdo sype z rukávu. Většina lidí si díky knize Velký cirkus...

Vtipně překonali „neřešitelný problém“, astronauti na ISS jsou nadšení

v diskusi je 25 příspěvků

27. února 2024  14:16

Barcelona (Od zpravodaje Technet.iDNES.cz) Udržet se třeba půl roku v uzavřeném nehostinném prostoru v dobré psychické i fyzické kondici je...

S malým čipem chtějí vylepšit pračku, kávovar a odhalit mizerné potraviny

v diskusi jsou 2 příspěvky

27. února 2024  7:10

Barcelona (Od zpravodaje Technet.iDNES.cz) Podle výrobce je desettisíckrát menší než dnes běžné detekční čipy, a proto se může snadno stát...

Otestujte šampon vhodný i pro ty nejmenší KIND od Mádara
Otestujte šampon vhodný i pro ty nejmenší KIND od Mádara

Že je mytí dětských vlásků věčný boj? To jste ještě nevyzkoušeli organický šampon KIND od značky Mádara, který se pyšní složením bez agresivní...

Útok moukou byl podvod. Bendigovi hrozí trest, že úřady zaměstnal zbytečně

Zpěvák Jan Bendig se nestal obětí útoku moukou, jak sám všude rozhlašoval. Celou událost s „pachatelem“ ve skutečnosti...

Zemřela slovenská moderátorka, oblíbený byl její pořad, který pomáhal dětem

Zemřela moderátorka a logopedka slovenské dětské televizní stanice JOJko Lucia Palugyayová. Bylo jí 47 let. Na...

Bufet v Českém Krumlově se stal přes noc hitem. Zaujal řízkovým chlebíčkem

Fotografie chlebíčku na řízku obletěla na sociálních sítích během středečního dne téměř všechny skupiny. Tuto...

Jak uspokojit ženu? Odborníci vědí, jak na to. A za pokus to rozhodně stojí

„Přestože jsem po třicet let zkoumal ženskou psychiku, nejsem s to odpovědět na velkou, dosud nezodpovězenou otázku, co...

Prý vypadám jako chlap. Kritika na sítích mě ranila, přiznává Julia Robertsová

Julia Robertsová (56) je americká herečka a bývalá modelka, jejíž jméno a filmové role zná celý svět. Navzdory slávě se...