Obnovitelné zdroje energie jsou cool. Ale v mnoha případech jsou náladové, fungují jenom někdy, jejich výkon kolísá, a ke smysluplnému provozu vyžadují účinná úložiště energie. A to je ohromný problém. Technologie baterií očividně stále pokulhávají za rozvojem obnovitelné energetiky. V současné době sice máme k dispozici rozmanité technologie pro skladování elektrické energie, většinu z nich ale znevýhodňuje vysoká cena. Relativně levné varianty, jako jsou například přečerpávací vodní elektrárny, zase mohou fungovat jenom na zcela specifických místech.
Teď se do vývoje laciných baterií pro obnovitelnou energetiku vložil Yet-Ming Chiang z MIT a jeho tým, který se rozhodl vrátit ke kořenům technologie baterií. Významná položka v ceně baterií záleží na jejich výrobě a postupně klesá, protože výrobní postupy baterií fungují v masovém měřítku a odborníci je neustále ladí a vylepšují. Přesto ale existují limity, pod které cena soudobých baterií neklesne. Ty představuje hlavně cena surovin, z nichž se baterie vyrábějí.
Chiangův tým vcelku udiveně zjistil, že během posledních 40 let nové technologie baterií prakticky vždy používaly dražší suroviny, nežli předchozí technologie baterií. Je to důsledek snah vědců a inženýrů, kteří vždy usilovali o co nejvyšší hustotu uložení energie, protože chtěli baterie pro stále menší a lehčí notebooky a telefony. Jenže při tom obětovali nízkou cenu takových baterií.
Časy se mění. Chiang a spol. zareagovali na výzvu dnes již bývalého amerického ministra energetiky Stevena Chunga, která spočívá v pětinásobném snížení ceny baterií během pěti let. Vsadili na velice levné materiály a připsali si úspěch. Jejich výzkum nedávno publikoval časopis s příznačným jménem Joule.
Baterie, tak jak je známe, potřebují elektrody, tedy katody a anody, a pak elektrolyt v prostředí mezi nimi. V současnosti existují technologie, které významně zlevňují jeden anebo dva z těchto základních prvků. Zatím ale schází technologie, která by zlevnila všechny tři tyto základní součásti a přitom zaručovala bezproblémové využití.
Chiang se rozhodl pro síru, protože síra je v přepočtu na jednotku energie velmi levným materiálem pro výrobu katod, desetkrát levnější než alternativní materiály. Poté s kolegy hledali srovnatelně levný materiály pro anody a bylo to podle všeho dobrodružné. Nejprve usilovali o manganistan draselný, ale ten se nakonec jako materiál pro levnou anodu neosvědčil. A pak se jim přihodila šťastná náhoda, když objevili, že pro katody ze síry a správný elektrolyt je nejlepší anodou vzduch. Tím správným elektrolytem je mimochodem slaná voda, která sice nemá tak vysokou hustotu uložení energie, ale je až neslušně levná.
Když to Chiangův tým všechno sečetl, tak jim vyšlo, že baterie ze síry, vzduchu a slané vody přijde asi tak na 1 dolar za 1 uskladněnou kilowatthodinu. U lithium-iontových baterií to dělá tak 100 dolarů na kilowatthodinu. Některé levné baterie mají tak nízkou hustotu uložení energie, že nejsou praktické. Chiangova baterie ovšem uskladní asi 30 až 145 watthodin na litr objemu baterie, což je sice nepraktické pro transport, ale pro uskladnění na místě je to víceméně v pohodě. Nové technologie je na samotném počátku, podle prvních ohlasů je ale velmi slibná.
Video: Air-Breathing Aqueous Sulfur Flow Battery for Ultralow-Cost Long-Duration Electrical Storage
Video: Yet Ming Chiang
Literatura
IFL Science 11. 10. 2017, Joule 1: 306–327.