Grafen a akumulace energie

Posledních 25 let se drží v čele praktických zařízení na akumulaci energie lithium-iontová baterie, která dokáže uskladnit velké množství energie v malém objemu. Rostoucí počet elektromobilů, smartphonů a dalších zařízení, a také rozvoj solárních technologií, vyžadují nové technologie baterií. Podle výzkumné společnosti CCS Insight lithium-iontové baterie a související technologie nabíjení však již dosahují svých limitů, a je tak potřeba hledat alternativní technologie. Jednou z nich je napájecí jednotka založená na grafenu.

Samsung v říjnu 2018 dokončil vývoj takzvaných grafenových baterií a předpokládá se, že do mobilních telefonů by se mohly dostat již v průběhu tohoto roku. Vloni si Samsung patentoval baterie s využitím tzv. „grafenových koulí“. Základem je kompozice grafenu a oxidu křemičitého (SiO₂) za teplot kolem 1000 °C. Nanočástice oxidu poslouží jako jádro, kolem něhož grafen utvoří strukturu podobnou kuličkám. Výslednou látku chce Samsung použít jako potah elektrod, který zvyšuje vodivost, a tím zkracuje dobu nabíjení. Zároveň zvyšuje pracovní rozsah teplot. Nových akumulátorů pro smartphony bychom se mohli dočkat již v průběhu příštího roku. Lithiové baterie již několik let narážejí na své fyzikální, a tudíž i energetické limity, jejich vývoj se nezadržitelně zpomaluje. Nové grafenové baterie od známého výrobce telefonů mají mít až o 45 procent vyšší kapacitu a dobíjet se 5-krát rychleji než klasické lithiové.

Výhody grafenu fyzikální i finanční

Další výhodou grafenu je, že materiál stárne pomaleji než lithium a baterie jsou lehčí. Baterie mají 100násobně lepší elektrickou vodivost než měď. Při zavedení masové výroby budou grafenové akumulátory levnější na výrobu, bezpečnější a ekologičtější než jejich předchůdce, protože při případném selhání kontrolních mechanismů nevzplanou. Časové, finanční a výzkumné úsilí se momentálně zaměřuje na konkrétní aplikace s cílem urychlit růst trhu s grafenem. Podle předběžných údajů ze Statista.com dosáhl jen v USA v roce 2016 hodnotu 9,1 milionu USD a předpokládá se, že do roku 2024 to bude 58,9 milionu USD. Globální trh s grafenem by podle výsledků studie se stejnojmenným názvem z roku 2017 mohl do roku 2025 dosáhnout hodnoty miliardy USD. „Masový příchod grafenu na trh energetiky je signálem pro další zatraktivnění solární energetiky, která se stále více propojuje s akumulací,“ uvedl Marc Sottana, manažer projektu Battery Energy Storage ve skupině Solek, která je významným investorem do fotovoltaiky a soběstačných systémů dodávky energie z obnovitelných zdrojů. „Očekáváme, že se světový trh akumulace každý rok zdvojnásobí.“

Globální cena grafenu se odvíjí od velikosti vloček a jejich čistoty. Očekává se, že cena velkých grafitových vloček do roku 2020 dosáhne 1 165 dolarů za metrickou tunu. Spolu s rozšířením využitelnosti grafenu roste podle analýzy xPartners i zájem investorů o společnosti zabývající se jeho výrobou či zpracováním. Například akcie australské společnosti First Graphene Limited vzrostly od ledna letošního roku o 59 procent a momentálně se pohybují na hodnotě 0,27 AUD (0,19 USD).

Co je grafen

Grafen je forma uhlíku tvořená jedinou vrstvou atomů, které jsou pomocí vzájemných vazeb uspořádány do šestiúhelníků. Díky vlastnostem uhlíku a této zvláštní struktuře grafen dobře vede elektrický proud i teplo a je jedním z nejpevnějších známých materiálů. Díky tomu, že je tvořen pouhou jednou vrstvou atomů, je téměř průhledný. Za izolování grafenu z běžného grafitu pomocí kuriózní metody s využitím obyčejné lepicí pásky obdrželi v roce 2010 Nobelovu cenu dva profesoři ruského původu Andre Geim a Konstantin Novoselov. O grafenu jsme psali již v několika článcích: https://www.3pol.cz/cz/rubriky/fyzika-a-klasicka-energetika/673-grafen-zazracny-material-budoucnosti

https://www.3pol.cz/cz/rubriky/fyzika-a-klasicka-energetika/711-nova-moznost-pro-skladovani-elektriny

https://www.3pol.cz/cz/rubriky/studenti/1729-prenos-monovrstev-grafenu-na-substraty-pro-pokrocile-experimenty

Olívia Lacenová, hlavní analytik xPartners