Baterie na dlouhou trať

Asi je zbytečné říkat, že ukládání elektřiny pro energetické účely je zřejmě jednou z největších nevyřešených otázek současné energetiky. A protože se velmi pravděpodobně bude jednat o zajímavou obchodní příležitost, otázce se věnuje celá řada firem od těch zavedených po ty úplně nejmenší, které doufají, že jim nová problematika umožní měřit se se zavedenými značkami.

O své štěstí se chce pokusit i malá česká firma Pinflow energy storage, která si vybrala za svou doménu výzkum a stavbu průtokových vanadových baterií. Jde o technologii vhodnou prakticky výlučně pro stacionární použití, ale její potenciál je ohromný, říkají dva zakladatelé tohoto českého energetického start-upu, Jaromír Pocedič a Jiří Vrána. Oba jsou vystudovaní chemičtí inženýři z pražské VŠCH T, kde se také dostali prvně k práci na vývoji průtočných baterií. Nyní oba mimo společnost Pinflow energy storage pracují také ve výzkumném centru Nové technologie na Západočeské univerzitě v Plzni.

 

 

 

 

 

 

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 Vysoké školy chemicko-technologické v Praze na základě analýzy možných výzkumných témat. Hledal 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 ukázaly podle rozboru 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. Před osmi lety navíc bylo jasné, že vanadové baterie mají stále ještě velký potenciál. Lithiové baterie proti nim byly výrazně pokročilejší a vyvinutější technologie.

A nemají „lionky“ velkou výhodu v ceně?
Ne, v některých případech už dnes mohou být vanadové baterie levnější. A to se u nich ještě neprojevují úspory z rozsahu, které v posledních letech zlevňují lithiové baterie. Samozřejmě je otázkou, jak velký bude efekt poklesu cen u vanadových baterií po zavedení sériové výroby, ale podle našich analýz vyplývá, že při vysokých poměrech kapacita-výkon by nemělo být problémem dosáhnout ceny pod 200 dolarů za kilowatthodinu.

A co jste za tu dobu dokázali vylepšit? Vanadové baterie nabízejí přece i jiné firmy, byť jich není mnoho.
Největší pokrok je v bateriovém svazku, který má vyšší proudové hustoty; zcela laicky řečeno, naše baterie při stejných rozměrech vyvine větší výkon. Je to možné díky tomu, že jsme vyvinuli systém s velmi malým vnitřním odporem, vybrali jsme nové membránové materiály a podařilo se nám i vhodně upravit povrch elektrod.

Jak si představujete možné využití?
Vanadové baterie jsou vhodné jen 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 5kW systémů coby záloh třeba telekomunikačních zařízení, jako jsou věže pro mobilní vysílání, přes záložní systém k nějakému většímu rodinnému domu až po velké energetické systémy s kapacitou v řádu MWh.
A ať má systém jakýkoliv výkon, obecně platí, že u průtokových baterií je výhodnější vytvářet systémy, ve kterých je vysoký poměr mezi výkonem a celkovou v nich uskladněnou energií, počínaje zhruba poměrem 1 : 5, nebo i více. Tedy baterie s výrazně vyšší kapacitou než výkonem.

A co teď můžete nabídnout reálně?
My jsme pouze pět měsíců stará firma, byť snahy o komercializaci technologie jsou starší, probíhaly už na Západočeské univerzitě. Ale teď po založení firmy jsme začali více cílit na dokončení produktu. Prodáváme malé články, v podstatě pro laboratorní použití, ovšem usilovně ve spolupráci se Západočeskou univerzitou vyvíjíme větší systém, který by na její půdě měl začít fungovat už v létě letošního roku. Ten by měl mít výkon 5 kW a kapacitu zhruba 50 kW.
Ideálně na začátku příštího roku bychom chtěli mít hotový první komerční produkt, což má být baterie v přepravním kontejneru standardních rozměrů o výkonu 50 kW a kapacitě 250 kWh.

Nejste v termínech příliš optimističtí?
Ne, je to důsledek toho, že vanadové baterie jsou technologie připravená k použití, není už zapotřebí žádného dlouhého vývoje. My už musíme řešit pouze poměrně jednoduché konstrukční otázky složení celého systému dohromady. Navíc máme v plánu stavět na začátku pouze kusově. Rozběhnout podnik na výrobu baterií – to by byl problém zcela jiného řádu. Jednou z možností je tak dohoda s větší firmou se silným inženýrským zázemím, která by výrobu chtěla vyřešit.

Trh s vanadovými bateriemi není nijak veliký. Kdy odhadujete, že by se mohl trh s vanadovými redox bateriemi skutečně rozběhnout?
Situace už je na to podle nás zralá, ale samozřejmě bude chvíli trvat, než si zákazníci získají důvěru v tento typ baterií a budou ochotni ocenit jejich výhody. Podle nás bude zlomová chvíle, kdy se začne ukazovat problém s životností lithiových systémů. Ty mají sice spoustu jiných výhod, ale dlouhá životnost a bezpečnost mezi nimi nejsou. My jsme jako chemičtí inženýři přesvědčeni, že dokážeme nabídnout systém cenově srovnatelný, ale s výrazně vyšší životností.

Baterie s nádrží Vanadové průtočné baterie existují zhruba od 80. letech minulého století jako vedlejší produkty výzkumu možných zdrojů energie pro vesmírné sondy. Jejím jádrem jsou membránou oddělené uhlíkové elektrody, přes které protéká tekutý elektrolyt tvořený solemi vanadu rozpuštěnými v kyselinovém roztoku ve dvou velkých oddělených nádržích. Elektrolyt je sice chemicky totožný, ale je samozřejmě rozdělen na kladný a záporný. Na elektrodách od sebe oba okruhy odděluje iontově výměnná membrána. 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 poměrně malý, smlouvy neveřejné, ale podle dostupných informací může cena za kilowatthodinu s rostoucí kapacitou klesat skutečně poměrně výrazně. U malých systémů se dnes mluví o ceně kolem 500 dolarů/kWh, u větších zdrojů se ovšem může dostat poměrně snadno pod 300 dolarů/ /kWh. Hlavní výhodu vanadových baterií tvoří možnost nezávislého nastavení výkonu a kapacity podle přání a požadavků zadavatele. Kapacitu baterie určuje velikost „nádrže“ na kladný a záporný elektrolyt. 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 údajně po několik desítek let. Nevýhodou je nízká energetická hustota elektrolytu, řádově ve spodních desítkách kWh na metr krychlový elektrolytu, tedy o řád nižší než u lithiových článků.