Výzkumný tým z Fraunhofer Institute for Material and Beam Technology IWS v Drážďanech pracuje na technologii, která by mohla zásadně změnit elektromobilitu. Lithium-sirné baterie s převážně pevným elektrolytem představují jednu z nejslibnějších alternativ k současným lithium-iontovým systémům.
Dva evropské projekty financují výzkum
Vývoj probíhá v rámci dvou hlavních projektů. AnSiLiS financuje německé Federální ministerstvo pro výzkum, technologie a vesmír (BMFTR), zatímco projekt TALISSMAN podporuje program Horizon Europe Evropské unie. Společným cílem je překonat technologické překážky, které doposud bránily komerčnímu nasazení lithium-sirných baterií.
Hlavním problémem konvenčních lithium-sirných článků byla omezená životnost způsobená tekutými elektrolyty, které podporují tvorbu rozpustných polysulfidů. Tyto vedlejší produkty způsobují ztráty materiálu a rychlou degradaci stability během cyklování.
Pevný elektrolyt řeší klíčový problém
Tým z Fraunhofer IWS zvolil alternativní přístup: přímou konverzi síry na pevný sulfid lithný v převážně solid-state prostředí, prakticky bez tekutého elektrolytu. Jak uvádí Interesting Engineering, první laboratorní výsledky naznačují, že tato architektura může technicky dosáhnout měrné energie více než 600 watthodin na kilogram s stabilním chováním při cyklování.
Projekt AnSiLiS se zaměřuje na vývoj sirno-uhlíkové kompozitní katody. Ta bude testována v kombinaci s tenkou lithno-kovovou anodou a hybridním elektrolytovým systémem v minimálním množství. Technická univerzita v Drážďanech a Univerzita v Jeně zkoumají elektrochemické interakce mezi elektrolytem a aktivními materiály. Helmholtz-Zentrum Berlin přispívá odbornou znalostí v oblasti operando analytiky a 3D tomografie.
Cílová energie 550 Wh/kg při nižších nákladech
Pro komerční verze si výzkumníci stanovili cíl hustoty energie kolem 550 Wh/kg při výrobních nákladech pod 86 dolarů (zhruba 75 eur) za kilowatthodinu. Pro srovnání - současné lithium-iontové baterie používané v elektromobilech dosahují typicky 230-250 Wh/kg, přičemž nejlepší komerční systémy se pohybují mezi 200-300 Wh/kg.
Tato kombinace vysoké hustoty energie a nízkých nákladů by mohla dramaticky snížit cenu vlastnictví elektromobilů a zpřístupnit modely s větším dojezdem širšímu okruhu řidičů.
Ekologičtější výroba díky DRYtraec technologii
Nové články jsou vyráběny pomocí Fraunhoferovy technologie DRYtraec - bezrozpouštědlové povlakovací metody, která snižuje spotřebu energie při výrobě až o 30 procent a významně redukuje emise CO2. Důležitým faktorem je také kompatibilita procesu se současnými výrobními linkami pro lithium-iontové baterie, což by mělo umožnit rychlejší přijetí automobilovým průmyslem.
Jak potvrdil výzkumný tým v oficiálním prohlášení: "Kombinace optimalizovaných materiálů, hloubkové analýzy a procesně řízeného vývoje otevře cestu pro lithium-sirné baterie v aplikacích, kde konvenční technologie dosahují svých limitů."
Od laboratorních testů k funkčním prototypům
Veškerý vývoj a testování prototypů probíhá v Advanced Battery Technology Center (ABTC) v Drážďanech. Zařízení integruje návrh materiálů, povlakování elektrod, laserové řezání, stohování a testování výkonu na jednom místě.
Podle informací z BEST Magazine jsou cílovými aplikacemi pro lithium-sirné baterie letectví, bezpilotní letecké systémy a přenosné energetické systémy, kde je kritický poměr energie k hmotnosti. První funkční prototypy jsou očekávány v následujících letech a mají validovat výkon v praxi.
Kontext: Závod o solid-state baterie nabírá na obrátkách
Fraunhoferův projekt není izolovaným případem. Automobilový průmysl v posledních měsících výrazně zintenzivnil práci na solid-state bateriích. CNBC uvádí, že významní hráči jako Volkswagen, Mercedes-Benz, Stellantis, BYD, Nissan a Toyota oznámili konkrétní termíny komerční výroby, přičemž masový výstup se očekává před koncem dekády.
Toyota plánuje zahájit sériovou výrobu solid-state baterií mezi lety 2027-2028, přičemž v červnu 2025 uzavřela strategickou spolupráci s japonským ropným gigantem Idemitsu Kosan na výstavbě závodu na výrobu sulfidu lithného - klíčové suroviny pro all-solid-state baterie.
Mnoho výrobců se zaměřuje na semi-solid-state baterie jako mezikrok, které kombinují pevný a tekutý elektrolyt. Tyto články nabízejí lepší hustotu energie a bezpečnost oproti konvenčním lithium-iontovým článkům a jsou snáze vyrobitelné než plně solid-state verze.
Výhody solid-state technologie
Hlavní přednosti solid-state baterií zahrnují:
- Vyšší bezpečnost: Pevný elektrolyt eliminuje riziko úniku nebo tepelného úniku spojené s hořlavými tekutými elektrolyty
- Větší hustota energie: Teoreticky až dvojnásobek oproti současným lithium-iontovým bateriím
- Delší životnost: Stabilnější chemické prostředí znamená pomalejší degradaci při opakovaném nabíjení
- Rychlejší nabíjení: Některé prototypy dosahují nabití z 10 na 80 procent za pouhou desítku minut
Čeká nás éra elektromobilů s dojezdem přes 1000 kilometrů?
Pokud by se solid-state lithium-sirné baterie s hustotou energie 550-600 Wh/kg podařilo komerčně nasadit, mohlo by to znamenat elektromobil s dojezdem přesahujícím 1000 kilometrů na jedno nabití - více než většina spalovacích vozidel. Takový dojezd by definitivně vyřešil tzv. range anxiety, tedy obavy z nedostatečného dojezdu, které jsou stále jednou z hlavních bariér pro širší přijetí elektromobilů.
Německý projekt však zatím nekomunikuje konkrétní termíny komercializace. Podle analýz trhu se všeobecně očekává, že masové nasazení solid-state baterií v elektromobilech nepřijde před začátkem třicátých let, i když první semi-solid-state modely by se mohly objevit již v letech 2027-2028.
Podle výzkumné společnosti RMI by špičková hustota energie baterií měla dosáhnout mezi 600 a 800 Wh/kg do roku 2030, zatímco náklady by měly klesnout na 32-54 dolarů za kilowatthodinu. To by představovalo zásadní zlom pro elektromobilitu.
Závěr: Slib i výzva
Vývoj solid-state lithium-sirných baterií v Drážďanech reprezentuje významný krok vpřed v úsilí o vytvoření lehčích, bezpečnějších a výkonnějších energetických systémů pro elektrická vozidla. Dosažení hustoty energie nad 600 Wh/kg v laboratorních podmínkách je impresivní výsledek, který potvrzuje teoretický potenciál této technologie.
Cesta od laboratorních vzorků k masové výrobě však zůstává náročná. Výzkumníci musí vyřešit otázky škálování, dlouhodobé stability, výrobních nákladů a integrace do existujících výrobních procesů. Úspěšné překonání těchto překážek by mohlo zásadně změnit krajinu elektromobility a přiblížit nás k době, kdy budou elektrická vozidla konkurenceschopná spalovacím motorům nejen z hlediska provozu, ale i dojezdu a nabíjecích časů.
