Skladování energie je v souvislosti s využíváním obnovitelných zdrojů klíčové téma. Největším problém přitom je jednoduchá: cena. Řešením by mohly být průtokové baterie. Co už zvládnou, a co jim naopak chybí, to budou probírat odborníci na dvoudenním workshopu v Plzni. Akce je přístupná i zájemcům z řad veřejností.
Za podpory španělského výzkumného centra CIC energiGUNE, které je koordinátorem evropského HIGREEW, nizozemské společnosti Uniresearch a českého startupu Pinflow Energy Storage pozvalo výzkumné centrum NTC Západočeské univerzity do Plzně členy tohoto evropského projektu. Ve dnech 2.–3. března se tak ve Velkém sále Plzeňského Prazdroje koná první projektový workshop.
Akce je určena i pro veřejnost. Probíhá hybridní formou – prezenčně v Plzni, odkud bude vysílána online. Sledovat ji můžete na této stránce, probíhá ovšem z pochopitelných důvodů v angličtině.
Co to je?
Průtočné baterie nejsou samozřejmě žádnou horkou technologickou novinkou, známé jsou dlouhou dobu a v celé řadě variant. Existují například také zinkobromidové baterie (BrZnBR) či bromidsodné baterie (PSB, Br/S), tou nejdiskutovanější variantou je ovšem vanadová redoxní baterie (označuje se často zkratkou VRB).
Světlo světa spatřila v 80. letech minulého století jako nečekaný potomek výzkumu možných zdrojů energie pro vesmírné sondy. V zásadě jde o typ, který se velmi podobá konvenčním bateriím. Jejím jádrem jsou membránou oddělené uhlíkové elektrody, přes které protéká tekutý elektrolyt umístěný ve dvou velkých nádržích. Elektrolyt je rozdělen na kladný a záporný, každý s vlastním okruhem, které od sebe na elektrodách odděluje iontově výměnná membrána s vhodnými vlastnostmi.
Možná ilustrativnější je tedy o baterii mluvit jako o palivovém článku, čtenář by si tak zhruba mohl představit hlavní výhodu vanadových baterií – totiž možnost nezávislého nastavení výkonu a kapacity podle přání a požadavků zadavatele. Kapacitu baterie určuje velikost „nádrže“ na kladný a záporný elektrolyt, který v případě většiny používaných vanadových redox baterií tvoří soli vanadu rozpuštěné ve zředěné kyselině sírové.
Výkon baterie naopak zase určuje konstrukce samotného „motoru“, konkrétně řečeno tedy velikost aktivní plochy a počet článků v bateriovém svazku. Pokud je takový systém vhodně zapojen, umožňuje vytváření velkých systémů s prakticky nepřetržitým provozem (údržba jedné části nemusí ovlivnit funkci celého zdroje).
Škálovatelnost řešení je velkou výhodou především pro velké stacionární zdroje. Samotný elektrolyt i nádrže, ve kterých se uchovává, jsou poměrně levné, a tak cena za jednotku kapacity – obvykle se udává v dolarech za kWh – s rostoucí kapacitou baterie klesá. Trh s vanadovými bateriemi je ovšem stále malý.
Proti lithiovým baterií mají průtokové baterie ovšem nevýhodu v poměrně nízké kapacitě na jednotku objemu i hmotnosti. Energetická hustota elektrolytu, řádově v nízkých desítkách kWh na m³ elektrolytu. Výkony se mohou poněkud lišit podle výrobce a technologie (v posledních letech došlo k jistému pokroku). Lithium-iontové baterie jsou v tomto ohledu téměř o řád lepší, řádově v nižškých stovkách kWh/m3 podle typu a určení.
Na druhou stranu tento typ baterií by měl být extrémně trvanlivý. Baterii nijak nevadí hluboké vybití a může za svou životnost absolvovat podle výrobců desítky tisíc cyklů, aniž by se její kapacita výrazně změnila. Nejmenší životnost z celého systému má obecně řečeno membrána, a i tu výrobci udávají v hodnotách přesahujících 10 tisíc cyklů. V principu pak není nemožné membránu vyměnit, i když s tím spojené náklady lze těžko odhadovat; záleží samozřejmě na ceně membrány samotné i konstrukci celé baterie. Navíc materiál samotných membrán se vyvíjí, takže jejich životnost by se do budoucna mohla nadále zvyšovat.
Výhodou sodíkových baterií je i to, že využívají dostupných, levných a nejedovatých materiálů. V zemské kůře je více než tisíckrát více sodíku než lithia. I jeho těžba a zpracování jsou levnější. Exotické nejsou ani materiály pro elektrody: katody mohou vyrobeny z hojných kovů, jako je železo a mangan. Anody uhlíkové stejně jako u lithium-iontových baterií.
Co se dozvíte v Plzni
„Vzhledem k dekarbonizaci naší společnosti a stále častějšímu využívání obnovitelných zdrojů energie získávají redoxní průtokové baterie stále více na významu. Výroba například solární nebo větrné energie má přerušovaný charakter. Právě díky redoxním průtokovým bateriím lze vyrobenou energii kdykoliv využívat. Navíc jsou nehořlavé a nevýbušné a jejich ohromnou výhodou je životnost, která je delší než 25 let,“ upozorňuje Jiří Vrána z výzkumného centra NTC a jeden ze zakladatelů startupu Pinflow Energy Storage.
Plzeňský workshop má podtitul: „Zásadní role energetického přechodu: redoxní průtokové baterie a jejich budoucnost ve skladování energie“. První den bude určen pro širokou veřejnost se zájmem o RFB, druhý den budou následovat technické prezentace. Akce bude probíhat v angličtině.
Projekt HIGREEW, o kterém bude v Plzni řeč, si klade za cíl vyvinout nízkonákladovou redoxní průtokovou baterii (redox flow battery – RFB) s organickými elektrolyty na vodné bázi, která bude šetrná k životnímu prostředí, bude mít vysokou energetickou a výkonovou hustotu a zároveň bude mít maximální životnost a účinnost při minimálních nákladech. Čtyřletý projekt, který je financovaný z evropských fondů Komise pro výzkum a inovace, začal v roce 2019 a je v něm zapojeno deset organizací z šesti různých zemí.
„Účastníkům nabídneme vhled do problematiky redoxních průtokových baterií, skladování energie a jejich klíčové roli v energetickém přechodu se zaměřením na organické elektrolyty. Experti v oboru budou prezentovat a diskutovat technické aspekty RFB a srovnávat je s alternativami. Zodpovíme otázky ohledně jejich výkonu, životnosti, účinnosti, údržby a nákladů. Prezentující rovněž nastíní jejich technickou vyspělost a potenciál pro další rozvoj,“ shrnuje program akce Miloš Svoboda, vedoucí výzkumného týmu Inženýrství elektrochemických procesů z NTC.
„Hlavní prezentující budou například Peter Fischer z Fraunhoferova institutu pro chemické technologie, Anthony Price – generální tajemník asociace Flow Batteries Europe, či Michael J. Aziz z Harvardské školy inženýrství a aplikovaných věd J.A. Paulsona, divize Centra pro životní prostředí Harvardské univerzity. On-line pozvání přijala také Aleksandra Kronberga a Johan Blondelle z Evropské komise,“ dodává Jiří Vrána.
