Tým českých vědců chce v evropské energetice prorazit s bateriemi, které nabízejí flexibilitu

Skupina výzkumníků ze Západočeské univerzity v Plzni a Vysoké školy chemicko-technologické v Praze dotahuje ke komerčnímu využití technologii vanadových redoxních průtočných baterií.
průtočné baterie
Jiří Vrána při předávání ocenění © Obnovitelné desetiletí

Baterie, kterou může výrobce přizpůsobit potřebám zákazníka, ať už bude ukládat energii v  rodinném domku, nebo poskytovat podpůrné služby potřebné pro stabilitu přenosové soustavy.

Právě flexibilitu považuje Jiří Vrána za jednu ze silných stránek projektu, na kterém se začal podílet jako student druhého ročníku bakalářského studia na Vysoké škole chemicko-technologické (VŠCHT) a o kterém teď vypráví už jako doktorand v oboru chemického inženýrství.

Výsledkem tohoto projektu má být komerční výroba vanadových redoxních průtočných baterií, se kterými chce tým odborníků z VŠCHT a Výzkumného centra Nové Technologie na Západočeské univerzitě v Plzni (ZČU) prorazit na evropském trhu.

Zda se dostaví konečný úspěch, zatím neví. Jejich práce ale zatím může slavit úspěchy menší.

Doktorand Vrána například nedávno získal ocenění v rámci soutěže Obnovitelné desetiletí, v níž odborná porota oceňovala nejlepší projekty šetrné energetiky. Uspěl v kategorii Chytrá energie v diplomce. Právě v diplomové práci obhájené před třemi lety se totiž věnoval technologiím pro přípravu vanadových elektrolytů, které tvoří náplň průtočných baterií.

Vrána: Technologii můžeme různě dimenzovat pro malá domácí úložiště i velké systémy schopné kompenzovat výpadek v síti.

„Evropský výzkum se v současné době snaží najít odpovědi na otázku jak ukládat energii a vzniká velké množství nápadů. Konkurence je velká, ale naše řešení je v některých technických parametrech lepší než jiná,“ říká.

Jako jednu z výhod jmenuje schopnost vlastní výroby jednotlivých komponentů. „Jsme schopni velmi flexibilně reagovat na požadavky zákazníka. To nás zvýhodňuje například vůči velkým firmám, které již vyrábějí sériově a nemohou se tolik soustředit na vývoj,“ vysvětluje.

„Máme řadu dílčích inovací, které mohou ve výsledku technologii ve srovnání s konkurencí až dvojnásobně zlevnit,“ dodává Vrána, který s projektem mimo jiné uspěl i v technické kategorii soutěže Diplomky na stojáka.

Z malého k velkému

Při hledání své vlastní cesty k ukládání elektrické energie se vědci pod vedením docenta Juraje Koska z VŠCHT soustředí na technologii, které v Česku dosud nikdo větší pozornost nevěnoval.

Elektrochemické inženýrství a vývoj baterií má sice v tuzemsku silnou tradici, ale výzkumné skupiny se zatím zabývaly olověnými nebo lithiovými akumulátory.

„Proto jsme se do toho na základě myšlenky docenta Koska pustili,“ vypráví Vrána. „Vše začalo sudem oxidu vanadičného, který je výchozí látkou, z níž se náplně do vanadových baterií vyrábějí,“ říká zjednodušeně. Oxid vanadičný je na trhu běžně dostupná chemikálie, která se vyrábí ve velkých objemech a používá se například k zušlechťování oceli.

ukládání elektřiny

© Jiří Vrána

Vrána ve své diplomce navrhnul, sestavil a testoval zařízení pro výrobu elektrolytu, který se vedle oxidu vanadičného připravuje ještě z kyseliny sírové a vody.

S postupným přenosem zařízení do většího měřítka se výzkumný tým na VŠCHT rozrůstal a celá jednotka pro přípravu elektrolytu byla dokončena ve výzkumném centru ZČU. Tam také probíhá vývoj větších systémů, které umožní rozjet komerční výrobu.

Konkrétně je v současnosti optimalizován provoz zařízení, které generuje až 50 litrů vanadového elektrolytu denně

„S jistotou je možné tvrdit, že v jednom litru bude uloženo minimálně 20 watthodin. To je poměrně malá energetická hustota, ale obecně lze říci, že se jedná o typickou nevýhodu průtočných baterií,“ říká Vrána.

Pro bytovku i průmysl

Naproti tomu mají vyvíjené baterie řadu předností ve srovnání s konkurencí v oblasti průtočných baterií, například vyšší proudové hustoty. „To znamená, že se nám bude dařit zmenšovat velikost technologie při zachování stejného výkonu,“ vysvětluje doktorand.

Možnost oddělit výkon bateriového svazku a kapacitu určenou objemem elektrolytů v externích nádržích je jednou z předností vanadové průtočné baterie například ve srovnání s lithiovými akumulátory.

„Toto rozdělení nám umožňuje systém různě dimenzovat pro malá domácí nebo komunitní úložiště na jedné straně a na straně druhé velké systémy schopné kompenzovat výpadek v síti, které mohou plnit podobnou funkci jako přečerpávací elektrárny,“ říká autor řešení.

V Německu nebo Rakousku může podle Vrány využití technologie zajímavě vycházet i pro bytové domy.

Jsou to právě větší systémy, které podle Vrány vycházejí lépe z hlediska nákladů. Zjednodušeně totiž platí, že čím větší je objem použitého elektrolytu a celkový poměr kapacita/výkon, tím více klesají náklady na danou baterii.

„Pokud bychom v malém měřítku – například ve formě domácího úložiště – porovnávali náš systém s těmi založenými na lithiu, cena by byla lehce vyšší. Ve chvíli, kdy bychom však projekt dimenzovali pro dvě taková úložiště například v bytovém domě, naše technologie by už měla vycházet jako levnější,“ uvádí Vrána.

Například v Německu nebo Rakousku by tak podle něj v současnosti využití technologie vycházelo zajímavě i pro některé bytové celky.

Design je úkol do budoucna

Další výhodou vanadových průtočných baterií je podle něj plná recyklovatelnost elektrolytu. „Prozatím garantujeme dvacetiletou životnost baterie, která by měla zvládnout asi 10 000 nabíjecích cyklů. Po skončení provozu je možné náplň využít v jiné baterii, nebo z ní opětovně získat jednotlivé suroviny, takže neztrácí hodnotu,“ vysvětluje Vrána.

Co zatím vědecký tým vyřešeno nemá, to je design komerčně vyráběné baterie, který může být důležitý pro ty zákazníky, kteří by si chtěli systém pořídit domů.

„Vzhledem k menší hustotě uložené energie je naše baterie poměrně velká. Když si koupíte lithiovou baterii pro domácí využití, bude velká jako skříňka na zdi. Naše baterie srovnatelných parametrů by byla velká asi jako americká lednice,“ přibližuje vědec.

U baterií využívaných například v průmyslu by však podle něj tento problém odpadl. „Pokud by se technologie vyvíjela do větších řešení, šlo by o baterie instalované ve standardizovaných kontejnerech, a tam by šel design pravděpodobně stranou,“ dodává.

REKLAMA
REKLAMA