Souboj baterií: která technologie nakonec zvítězí?

Pokud hledáte materiál pro výrobu baterií na bázi chemické reakce, ve kterých se kladně nabitý iont pohybuje tam a zpět mezi kladně a záporně nabitými elektrodami, je lithium volbou číslo jedna. Není tak divu, že baterie na bázi lithia dosáhly tak velkého rozmachu od jejich uvedení na trh v 90. letech minulého století.

Oproti svým předchůdcům, jako byly kyselino-olověné, jsou lithiové baterie (zkráceně Li-ion) lehké, dosahují velké energetické hustoty (tzn. ve stejném objemu uloží více energie) a velké životnosti. Navíc se ještě dobře nabíjí a poskytují velký vybíjecí výkon vhodný například pro pohon elektrických aut. Ovšem jsou tu i záporné vlastnosti. Asi nejznámějších je obtížně uhasitelný požár elektrických aut. Li-ion baterie nesnáší velké teploty, které je mohou poničit. Pokud se Li-ion baterie vznítí, je velmi složité je uhasit. Druhou negativní vlastností  je relativně malá dostupnost, protože se lithiové doly nachází jen v omezeném počtu zemí a jejich rozběhnutí trvá extrémně dlouho. Samotná těžba lithia pak velmi zatěžuje životní prostředí.

I přes uvedené nedostatky se Li-ion baterie překotně rozvíjely. Jejich cena klesala, zatímco energetická hustota stoupala. Žádná technologie nevydrží na piedestalu neporazitelnosti věčně. Průmysl aktivně hledá lepší řešení nebo alespoň alternativy. Jednou z nejvíce propracovaných alternativ současnosti jsou baterie na bázi sodíku.

Pro ty z vás, kteří si pamatují středoškolskou chemii, se sodík (chemická značka Na) nachází v periodické soustavě prvků hned pod lithiem. Z pohledu chemických procesů v bateriích se sodík chová podobně jako lithium, a proto baterie na bázi sodíku (Na-ion) slibují podobné výkony jako baterie Li-ion. Výrobci očekávají, že baterie Na-ion budou levnější a robustnější.

Prozatím je však energetická hustota Na-ion baterií (100 až 150 Wh/kg) výrazně menší než u Li-ion (200 Wh/kg). Baterie Na-ion se rovněž rychleji opotřebovávají a vykazují nižší počet nabíjecích cyklů. Rychlejší opotřebení pramení z faktu, že ionty sodíku jsou větší než ionty lithia. Pohyb větších iontů sodíku namáhá baterii více než menší ionty lithia. Vyvíjejí se proto nové elektrody a elektrolyty, které by měly zátěž unést.

Větší opotřebení baterií Na-ion se snad s novými materiály podaří vyřešit. Horší je to s jejich nižší energetickou hustotou. Baterie Na-ion musí být větší a těžší než Li-ion při zachování stejného dojezdu elektroauta, což je výrazný handicap. U stacionárních aplikací, u kterých nejsou vyšší objem a hmotnost baterií tak zásadní, snáze najdou sodíkové baterie díky nižší ceně větší uplatnění.

Přes zmíněné nedostatky je právě nižší cena Na-ion baterií velmi motivující. Z Číny přichází optimistické zprávy o tom, že sodíkové baterie jsou připraveny vstoupit na světovou bateriovou scénu elektrických aut. Společnost CATL dokonce v dubnu 2023 oznámila, že baterie Na-ion bude použita v elektrických autech čínského výrobce Chery.

Výsledek soupeření mezi bateriemi Li-ion a Na-ion bude záviset na tom, zdali těžba lithia uspokojí rostoucí poptávku. Prozatím se nedaří otevírat dostatek dolů na lithium, které by do budoucna uspokojivě pokryly poptávku. Otevřít nový důl na lithium se stává alespoň na Západě díky rostoucímu tlaku na ochranu životního prostředí skoro nemožné. Ostatně uvidíme i u nás, jakým způsobem a jakou rychlostí budou postupovat či nepostupovat plány na těžbu tohoto vzácného kovu v severních Čechách.

Sodíku je v porovnání s lithiem o několik řádů více, je snadno dostupný a jeho těžba je bez výrazných dopadů na životní prostředí. Pokud se však přece jen podaří zajistit dostatečné zdroje lithia, bude to mít sodík díky svým chemickým vlastnostem velmi těžké. Vývoj baterií Li-ion uhání kupředu, a cílová rovinka se tak bateriím Na-ion neustále vzdaluje. Nakonec tak mohou baterie Li-ion doplnit jen v určitých aplikacích, aniž by vážně ohrozily jejich současné dominantní postavení.

Ivo Procházka, odborník na digitální transformaci

Úvodní obrázek jsme vytvořili s pomocí nástroje umělé inteligence DALL·E