Ustupte, lithiové baterie: Hliníkové a sirné baterie zahajují energetickou revoluci

V lednu 2024 studie v Nature Communications oznámila hliníkovo-sirnou baterii fungující při 85 °C s roztaveným chloroaluminátovým elektrolytem, která si po 1 400 cyklech při 1C udržela 85,4 % své kapacity.
Stanfordův prototyp hliníkovo-iontové baterie z roku 2015 používal hliníkovou anodu a grafitovou katodu, což umožnilo ultra-rychlé nabíjení (asi jednu minutu) a více než 7 500 cyklů při zhruba 2 V.
V roce 2014 společnost Phinergy předvedla auto, které mohlo ujet asi 1 100 mil s využitím hliníkovo-vzduchových baterií.
Hliníkovo-vzduchové baterie nabízejí přibližně trojnásobnou energetickou hustotu na hmotnost oproti lithium-iontovým bateriím.
V lednu 2023 Argonne National Laboratory předvedla Li–S články s redox-aktivní mezivrstvou, která téměř eliminovala shuttle efekt a umožnila více než 700 cyklů.
Lithium-sirné články prokázaly v laboratořích energetickou hustotu kolem 400–500 Wh/kg a projekt SABERS NASA cílí na přibližně 500 Wh/kg pro elektrické letectví.
V srpnu 2022 Donald Sadoway z MIT představil hliníkovo-sirnou baterii s hliníkovou anodou a sirnou katodou, využívající elektrolyty na bázi roztavených solí pro umožnění levného a bezpečného provozu.
V říjnu 2024 společnost Lyten oznámila plány na výstavbu první gigatovárny na Li–S baterie na světě v Nevadě s cílem dosáhnout 10 GWh/rok do roku 2027.
V březnu 2025 společnost Theion získala 15 milionů eur na rozšíření výroby krystalických sirných Li–S článků, přičemž tvrdí, že mají trojnásobnou energetickou hustotu oproti Li-ion, třetinové náklady a třetinové emise CO₂, s plány přejít z mincovních článků na větší pouch články.
V roce 2023 společnosti Phinergy a Indian Oil Corporation představily první indické vozidlo poháněné hliníkovo-vzduchovou baterií, což signalizuje potenciál nasazení na trhu.

Představte si baterie vyrobené z běžné hliníkové fólie a sirného prášku, které napájí vše od domácností po elektromobily za zlomek dnešních nákladů. Baterie na bázi hliníku a síry se objevují jako slibné alternativy k tradičním lithium-iontovým článkům a nabízejí lákavý potenciál levnějšího, bezpečnějšího a udržitelnějšího ukládání energie. V této zprávě se podrobně zabýváme tím, co jsou hliníkové a sirné baterie, jak fungují, jaké typy se vyvíjejí (včetně vzrušující kombinace hliníku a síry), jejich výhodami a výzvami, klíčovými hráči, kteří pohánějí průlomové inovace, a jak by nedávné inovace v letech 2024–2025 mohly proměnit čistou energii a elektromobily. (Všechny zdroje jsou citovány pro důvěryhodnost.)

Co jsou hliníkové a sirné baterie?

Hliníkové baterie a sirné baterie představují dvě široké rodiny nové generace dobíjecích bateriových technologií, které si kladou za cíl řešit omezení dnešních lithium-iontových baterií. Jednoduše řečeno, využívají hliník nebo síru (nebo obojí) ve svých elektrochemických reakcích místo toho, aby se spoléhaly pouze na lithium. Stejně jako každá baterie mají tři hlavní části – kladnou elektrodu (katodu), zápornou elektrodu (anodu) a elektrolyt mezi nimi, který přenáší ionty během nabíjení a vybíjení. Klíčový rozdíl je v chemii: u hliníkových baterií kovový hliník často slouží jako anoda (a v některých konstrukcích poskytuje ionty nesoucí náboj), zatímco u sirných baterií prvek síra obvykle slouží jako katodový materiál přijímající ionty z kovové anody (například lithia nebo sodíku).

Proč zkoumat hliník nebo síru? Oba prvky jsou neuvěřitelně hojné a levné ve srovnání s lithiem a kobaltem používanými v Li-ion článcích. Hliník je nejhojnějším kovem v zemské kůře a má velmi vysokou teoretickou kapacitu pro ukládání náboje (každý atom Al může uvolnit 3 elektrony, což mu dává kapacitu 2,98 Ah na gram, což je obrovské) nature.com. Síra je jedním z nejlevnějších nekovových prvků (často vedlejší produkt rafinace ropy) a může vázat dva ionty lithia na atom, což umožňuje velmi vysoký potenciál pro ukládání energie nature.com, anl.gov. V zásadě by baterie využívající hliník nebo síru mohly uchovávat více energie při dané hmotnosti a stát mnohem méně než dnešní lithium-iontové baterie. Jak vysvětlují výzkumníci z Argonne National Laboratory, „Síra je extrémně hojná a nákladově efektivní a může uchovávat více energie než tradiční iontové baterie.“ anl.gov Podobně je hliník levný, široce dostupný a ukládá náboj hustě jak podle hmotnosti, tak objemunature.com.

Dalším velkým motivátorem je bezpečnost a udržitelnost. Lithium-iontové baterie používají hořlavé organické kapalné elektrolyty a často vyžadují vzácné kovy (jako kobalt, nikl, lithium), což vyvolává problémy v dodavatelském řetězci a etické otázky. Naproti tomu mnoho návrhů hliníkových a sírových baterií může používat nehořlavé elektrolyty (například iontové kapaliny nebo tavené soli) a vyhýbat se konfliktním minerálům. Například nedávný návrh lithium-sírové baterie používá pouze „hojně dostupné místní materiály, čímž eliminuje potřebu těžených minerálů jako nikl, kobalt, mangan a grafit,“ podle startupu Lyten lyten.com. Profesor MIT Donald Sadoway – přední inovátor v oblasti baterií – výslovně hledá „levné, na Zemi hojné“ ingredience, aby vynalezl něco „mnohem lepšího než lithium-iontové“, a v jeho nejnovější bateriové chemii zvolil hliník pro anodu a síru pro katodu news.mit.edu.

Stručně řečeno, hliníkové a sírové baterie jsou pokusem vytvořit levnější, bezpečnější a etičtější baterii pomocí prvků, které jsou hojné (žádný globální nedostatek), levné a mají přirozeně vysokou kapacitu. Nyní se podívejme, jak tyto baterie fungují v praxi a jaké různé typy se vyvíjejí.

Jak fungují? (Základy baterií jednoduše)

Baterie na bázi hliníku obvykle používají hliníkový kov jako anodu. Když se baterie vybíjí, hliníkový kov odevzdává elektrony (vzniká elektrický proud) a hliníkové ionty (Al³⁺), které putují elektrolytem ke katodě. V závislosti na typu baterie se tyto hliníkové ionty buď vkládají (interkalují) do materiálu katody, nebo s ním reagují. Například v hliníko-iontové baterii se ionty Al³⁺ přesouvají do vrstvené katody (jako je grafit nebo oxid kovu) a při nabíjení se vracejí zpět news.stanford.edu. V hliník-síra baterii hliníkové ionty reagují se sírou na katodě za vzniku hliník-sírových sloučenin při vybíjení a při nabíjení se vracejí zpět na hliníkový kov nature.com. A v hliník-vzduchových bateriích hliníkový kov reaguje s kyslíkem ze vzduchu na speciální katodě, čímž vzniká oxid nebo hydroxid hliníku – reakce, která uvolňuje elektřinu, dokud není hliníková anoda spotřebována.

Baterie na bázi síry obvykle zahrnují sírovou katodu spárovanou s kovovou anodou (nejčastěji lithium, ale lze použít i sodík, hořčík nebo hliník). Vezměme si například lithium-sírovou (Li-S) baterii: při vybíjení atomy lithia na anodě odevzdávají elektrony a mění se na ionty lithia (Li⁺), které putují elektrolytem ke katodě ze síry. Síra (molekuly S₈) se zde přeměňuje na sulfid lithný (Li₂S) začleněním iontů lithia – v podstatě síra pohlcuje ionty lithia a elektrony za vzniku nových sloučenin, přičemž energie se ukládá v chemických vazbách. Při nabíjení se tento proces obrací: ionty lithia opouštějí síru a vracejí se na anodu a síra se regeneruje. Protože každý atom síry může vázat dva atomy lithia a S₈ kruhy se mohou rozpadat na různé lithium-polysulfidové molekuly, mohou Li-S baterie teoreticky uchovávat 3–5krát více energie na hmotnost než Li-ion. Sodík-síra (Na-S) baterie fungují obdobně s ionty sodíku a obvykle vytvářejí sodné polysulfidy nebo sulfid sodný.

Ve všech těchto bateriích ionty pendlují tam a zpět elektrolytem, zatímco elektrony proudí vnějším obvodem – takto se baterie nabíjí a vybíjí. Elektrolyt může být kapalina, gel nebo pevná látka, která umožňuje pohyb iontů, ale nutí elektrony procházet obvodem (což napájí vaše zařízení). Důležité je, že některé z těchto nových chemií vyžadují speciální elektrolyty. Hliníko-iontové baterie často spoléhají na iontové kapaliny nebo tavené soli jako elektrolyty, protože ionty Al³⁺ silně interagují s běžnými rozpouštědly. Ve skutečnosti se první dobíjecí hliníkové baterie staly životaschopnými až poté, co vědci objevili iontovou kapalinu při pokojové teplotě (na bázi chloroaluminátových solí), která umožňuje hliníkovým iontům efektivně vstupovat a vystupovat z grafitové katody news.stanford.edu. Podobně lithium-sírové baterie často používají upravené kapalné elektrolyty nebo pevné elektrolyty, aby se zabránilo problémům, o kterých budeme mluvit později (například úniku síry do elektrolytu).

Jednoduše shrnuto: hliníkové baterie generují energii tím, že hliníkový kov uvolňuje více elektronů na atom (neuvěřitelně vysoký náboj na jeden atom kovu) a vytváří vazby buď s hostitelskou katodou, nebo s kyslíkem/sírou, zatímco sirné baterie generují energii tím, že lehký, hojně se vyskytující prvek (síra) zachycuje kovové ionty a elektrony do energeticky bohatých sloučenin. Oba návrhy nás posouvají za hranice přenosu jediného lithného iontu v současných bateriích a potenciálně umožňují větší výkon na jedno nabití. Dále se podíváme na konkrétní typy těchto baterií, které jsou ve vývoji.

Typy baterií na bázi hliníku

Vědci zkoumají několik typů baterií, které využívají hliník různými způsoby:

Dobíjecí hliníko-iontové baterie (Al-Ion): Tyto baterie používají hliníkový kov jako anodu a obvykle grafitovou katodu se speciálním iontovým kapalinovým elektrolytem. Slavným raným příkladem byl prototyp hliníko-iontové baterie ze Stanfordovy univerzity z roku 2015, kde vědci předvedli baterii s hliníkovou anodou a grafitovou katodou v iontové kapalině. Ukázala ultra-rychlé nabíjení (malý článek bylo možné nabít asi za jednu minutu!) a extrémně dlouhou životnost (více než 7 500 nabíjecích cyklů bez ztráty kapacity) news.stanford.edu. Stanfordský článek byl také velmi bezpečný – výzkumníci mohli propíchnout pouzdro článku bez vzniku požáru, na rozdíl od lithiových článků news.stanford.edu. Měl však nižší napětí (~2 volty, zhruba polovina napětí běžného Li-ion článku) news.stanford.edu, což znamená, že pro dosažení užitečných napětí by bylo potřeba více článků v sérii. Hlavní přednosti: Al-iontové baterie slibují rychlé nabíjení, dlouhou životnost a vyšší bezpečnost (žádné složky náchylné k požáru), přičemž využívají levné materiály (hliník a uhlík) news.stanford.edu. Probíhající výzkum se zaměřuje na zvýšení jejich energetické hustoty hledáním lepších katod a elektrolytů pro zvýšení napětí a kapacity news.stanford.edu. Několik skupin po celém světě (od Stanfordu po čínské univerzity news.mit.edu) posouvá technologii hliníko-iontových baterií vpřed. Například vědci zkoumají různé katodové materiály (dokonce i kovové sulfidy nature.com), aby účinněji ukládali hliníkové ionty nature.com.
Hliníko-vzduchové baterie: Hliníko-vzduchová je primární baterie (nelze ji dobíjet elektřinou, ale potenciálně ji lze „dotankovat“ mechanicky), kde hliníkový kov reaguje s kyslíkem ze vzduchu a generuje elektřinu. Tyto články mají působivě vysokou energetickou hustotu, protože katoda je pouze okolní vzduch – což činí baterii extrémně lehkou. Ve skutečnosti mohou mít hliníko-vzduchové baterie asi 3krát více energie na hmotnost než lithium-iontové na systémové úrovni evreporter.com. Nevýhodou je, že jakmile se hliníková anoda oxiduje na hydroxid nebo oxid hlinitý, článek je „vybitý“ a je potřeba nový hliník, aby mohl pokračovat. Díky tomu je hliníko-vzduchová baterie spíše jako palivový článek nebo prodloužení dojezdu: místo nabíjení byste vyměnili hliníkovou desku (a recyklovali použitou). Společnosti jako Phinergy v Izraeli vyvíjejí hliníko-vzduchové systémy již řadu let. Ve spolupráci s Indian Oil Corporation testují hliníko-vzduchové baterie v elektromobilech a stacionárních záložních jednotkách. V roce 2023 předvedli v Indii malý elektromobil, který na hliníko-vzduchové články ujel přes 500 km, než bylo potřeba „dotankovat“ hliníkevreporter.com. Generální ředitel Phinergy David Mayer uvádí, že technologie hliníko-vzduch je „bezpečná, nehořlavá,“ vyžaduje žádnou těžkou nabíjecí infrastrukturu a lze ji „dobít“ (výměnou hliníku) „během několika minut“ místo hodin evreporter.com. Nevýhodou je nutnost vybudovat celý dodavatelský řetězec pro hromadnou výrobu a recyklaci hliníkových desek. Tato technologie je však již komerčně využívána v některých oblastech: např. hliníko-vzduchové jednotky Phinergy jsou nasazeny jako záložní zdroje energie pro telekomunikační věže (nahrazují dieselové generátory) v Izraeli a Evropě evreporter.com. Hliníko-vzduchové baterie možná přímo nenahradí dobíjecí baterii ve vašem telefonu, ale mohly by sloužit jako prodloužení dojezdu pro elektromobily nebo pro dlouhodobé skladování energie – poskytují obrovskou energetickou rezervu, kterou čas od času vyměníte.
Hliníko-sirné baterie: Je fascinující, že někteří výzkumníci kombinují hliník a síru v jedné baterii – používají hliník jako anodu a síru jako katodu, s elektrolytem z tavené soli nebo iontové kapaliny. Tento hybridní přístup se snaží využít to nejlepší z obou prvků: vysokou kapacitu anody hliníku a vysokou kapacitu katody síry, a to vše s neuvěřitelně levnými materiály. V srpnu 2022 tým vedený Donaldem Sadowayem z MIT představil nový návrh hliníko-sirné baterie, který okamžitě upoutal pozornost díky nízké ceně a výkonu. Používá tavené chloroaluminátové soli jako elektrolyt, které fungují při mírné teplotě (kolem 110 °C, podobně jako horký šálek kávy), aby sůl zůstala kapalná news.mit.edu. Zahřátý elektrolyt byl chytrou volbou: nejenže není hořlavý a je levný, ale také zabraňuje tvorbě dendritů – těch otravných kovových výběžků, které mohou způsobit zkrat v baterii. Jak Sadoway řekl, zvolená sůl „v podstatě vyřadila tyto nebezpečné dendrity, a zároveň umožnila velmi rychlé nabíjení“ news.mit.edu. Jeho prototyp hliníko-sirné článku bylo možné nabít za méně než minutu bez zkratu a vydržel stovky cyklů s odhadovanou cenou na článek asi jedna šestina ceny srovnatelných lithium-iontových článků news.mit.edu. To je obrovské snížení nákladů, potvrzené nezávislými analytiky; materiálové náklady těchto baterií by mohly být o 85 % nižší než u lithium-iontových podle časopisu Science news.mit.edu. Vizí je použít takové články pro stacionární skladování (např. ukládání solární energie pro noční využití) a možná i pro podporu rychlého nabíjení elektromobilů. Sadowayův návrh komercializuje startup s názvem Avanti, který má za cíl články zvětšit a v blízké budoucnosti provést zátěžové testy news.mit.edu. Mezitím další skupiny posouvají koncept hliníko-sirných baterií dále: v lednu 2024 vědci v Číně oznámili dobíjecí Al-S baterii, která může fungovat při 85 °C (těsně pod bodem varu vody, ještě snazší na udržení) s vynikající životností – přes 1 400 cyklů s pouhou 15% ztrátou kapacity a schopností rychlého nabíjení při této teplotě nature.com. Snížení provozní teploty pod 100 °C znamená, že jednoduché ohřívání horkou vodou by mohlo baterii udržovat, což „výrazně zjednodušuje“ tepelný management a otevírá dveře širšímu využití nature.com. Shrnutí: Hliníko-sirné baterie by se mohly stát zásadní změnou pro skladování energie v síti a možná i pro určité…na vozidla, dodáváním ultra-levných, ohnivzdorných baterií, které využívají na Zemi hojně se vyskytující hliník (nejhojnější kov) a síru (nejlevnější nekov) news.mit.edu.

Typy baterií na bázi síry

Několik bateriových technologií využívá sírové katody v kombinaci s různými anodami:

Lithium-sirné (Li-S) baterie: Lithium-sirná je jednou z nejvíce studovaných „post-lithiových“ chemií díky svému extrémně vysokému energetickému potenciálu. Li-S článek může teoreticky uchovávat až 5x více energie na hmotnost než lithium-iontový článek, protože síra je velmi lehká a každý atom síry může vázat několik atomů lithia. V praxi již Li-S baterie v laboratořích prokázaly energetickou hustotu kolem 400–500 Wh/kg (zhruba dvojnásobek oproti Li-ion) businessaviation.aero, apricum-group.com. Jsou také atraktivní tím, že jsou velmi levné a ekologické – síra stojí téměř nic a je hojně dostupná, a Li-S články neobsahují kobalt ani nikl. Nicméně Achillovou patou Li-S je životnost a stabilita. Tradiční Li-S prototypy trpěly efektem „polysulfidového kyvadla“: meziprodukty síry (polysulfidy) se během cyklování rozpouštějí v elektrolytu a migrují k lithiové anodě, což způsobuje samovybíjení, korozi a rychlý pokles kapacity anl.gov. Dochází také k výraznému „dýchání“ (změnám objemu) – síra se při nabíjení/vybíjení značně rozpíná a smršťuje, což může poškodit strukturu článku reuters.com. Tyto problémy znamenaly, že rané Li-S baterie selhávaly už po desítkách cyklů. Dobrou zprávou je, že nedávné průlomy tyto problémy řeší. Výzkumníci vyvinuli nanostrukturované uhlíkové katody a přísady do elektrolytu, které zachycují polysulfidy a prodlužují životnost nature.com. V lednu 2023 Argonne National Lab předvedla Li-S článek se speciální porézní „redox-aktivní“ mezivrstvou, která téměř eliminovala problém kyvadla, což umožnilo baterii vydržet 700+ cyklů při zachování vysoké kapacity anl.gov. „Předchozí [sirné] baterie pouze potlačily kyvadlo, ale obětovaly energii. Naše vrstva přidává kapacitu úložiště a potlačuje kyvadlo,“ vysvětlil chemik Guiliang Xu z Argonne anl.gov. To naznačuje, že Li-S baterie mohou být jak vysoce energetické, tak dlouhověké. Ve skutečnosti nyní firmy závodí o jejich komercializaci: Lyten, kalifornský startup, vyvinul lithium-sirný článek zesílený proprietárními 3D grafenovými materiály a v letech 2024–2025 cílí na specializované trhy jako drony, letectví a obrana lyten.com. Lyten tvrdí, že její Li-S baterie jsou o 40 % lehčí než dnešní lithium-iontové (a o 60 % lehčí než baterie na bázi železo-fosfátu), přičemž jsou levnější při masové výrobě díky eliminaci niklu, kobaltu a dalších drahých materiálů lyten.com. Další společnost, Theion (Německo), pracuje na krystalických sírových katodách a nedávno oznámila Li-S články s 3× vyšší energetickou hustotou než Li-ion, za pouhou třetinu ceny, a potenciálně s třetinovými emisemi při výrobě reuters.com. CEO společnosti Theion Ulrich Ehmes uvedl, že jejich baterie – které se vyhýbají problémům s korozí díky použití stabilní formy síry a předem rozšířenému designu – by mohly být v elektromobilech „před koncem desetiletí“, pokud vývoj půjde podle plánu reuters.com. Stručně řečeno, lithium-sírové baterie jsou na prahu přechodu z laboratoře na trh a slibují ultralehké, vysoce energetické bateriové sady pro aplikace, kde záleží na každém kilogramu (elektrická letadla, elektromobily s dlouhým dojezdem, vesmír).
Sodíko-sirné (Na-S) baterie: Sodík a síra mohou znít jako nepravděpodobná dvojice (sodík je extrémně reaktivní a rané Na-S baterie fungovaly horké při 300 °C), ale tato chemie má dlouhou tradici v oblasti skladování energie v síti. Vysokoteplotní Na-S baterie se používají pro skladování energie v rozsahu utilit již desítky let (zejména firmou NGK v Japonsku) – fungují s roztaveným sodíkem a sírou oddělenými pevným keramickým elektrolytem, což zajišťuje dobrou účinnost a dlouhou životnost pro stacionární skladování. Nutnost udržovat je při ~300 °C však omezila širší rozšíření. Nedávno však vzbuzují nadšení sodíko-sirné baterie pracující při pokojové teplotě, které by mohly nabídnout levnou a bezpečnou alternativu pro skladování ve velkém měřítku. Koncem roku 2022 oznámil tým na University of Sydney „levnou baterii se čtyřnásobnou kapacitou oproti lithium-iontové“ s využitím nového designu Na-S pro pokojovou teplotu sydney.edu.au. Použitím porézní uhlíkové elektrody a jednoduché tepelné úpravy (pyrolýzy) k vytvoření reaktivnější formy síry dosáhli super-vysoké kapacity a ultra-dlouhé životnosti při pokojové teplotě, čímž překonali dřívější „pomalý“ výkon Na-S sydney.edu.au. Vedoucí výzkumu Dr. Shenlong Zhao uvedl, že tato sodíko-sirná baterie „má potenciál dramaticky snížit náklady a zároveň poskytnout čtyřnásobnou kapacitu úložiště. Jde o významný průlom pro rozvoj obnovitelných zdrojů energie…“ sydney.edu.au. Skutečně, sodík a síra jsou ještě hojnější a levnější než lithium, takže úspěšná Na-S baterie by mohla být přínosem pro skladování energie v síti – umožnila by velké baterie pro větrné/solární farmy s minimálními náklady. Ačkoliv Na-S články nedosahují parametrů Li-ion pro kompaktní potřeby elektromobilů (sodík je těžší a tyto články jsou zatím většího formátu), mohly by se stát klíčovou součástí čisté energetické infrastruktury, nabízející bezpečné a levné skladování pro chvíle, kdy nesvítí slunce nebo nefouká vítr sydney.edu.au. Výzkum pokračuje po celém světě (Čína, Austrálie, Evropa) s cílem zdokonalit Na-S baterie pro pokojovou teplotu pro komerční využití.
Další baterie na bázi síry: Kromě Li-S a Na-S zkoumali vědci sírové katody v kombinaci s dalšími kovy, jako je hořčík nebo vápník, a dokonce i spojení síry s hliníkem (jak bylo zmíněno dříve). Tyto multivalentní kov-sírové baterie (kde iont kovu nese více než jeden náboj, např. Al³⁺ nebo Mg²⁺) jsou atraktivní ze stejných důvodů jako samotný hliník nebo síra – hojnost a vysoká kapacita – ale čelí ještě složitější chemii a většinou jsou ve fázi raného výzkumu advanced.onlinelibrary.wiley.com. Například hořčík-sírové články mají problémy s kompatibilitou elektrolytu a pomalou kinetikou. Pevné sírové baterie jsou další špičkovou variantou: použitím pevného elektrolytu (často sulfidu nebo polymeru) se vědci snaží vytvořit Li-S články, které jsou bezpečnější (bez hořlavé kapaliny) a zcela potlačují polysulfidový shuttle onlinelibrary.wiley.com, businessaviation.aero. NASA aktivně vyvíjí pevnou lithium-sírovou baterii (projekt SABERS) s katodou ze síry a selenu a novým pevným elektrolytem, která dosahuje energetické hustoty ~500 Wh/kg vhodné pro elektrické letectví businessaviation.aero. Přitažlivost síry – lehká, hojná, výkonná – ji staví do centra mnoha futuristických konceptů baterií.

Po zmapování oblasti hliníkových a sírových typů baterií nyní můžeme porovnat, jak si tyto technologie vedou ve srovnání s vládnoucími lithium-iontovými bateriemi a jaké jedinečné výhody nabízejí.

Klíčové výhody a přednosti oproti lithium-iontovým bateriím

Baterie na bázi hliníku i síry slibují při úspěšném dalším vývoji významné výhody v oblasti nákladů, udržitelnosti a výkonu. Zde jsou hlavní přínosy:

🌎 Dostupné, levné materiály: Hliník a síra jsou levné a hojné prakticky všude. Hliník je nejhojnějším kovem v zemské kůře a síra je běžným vedlejším produktem rafinace. To znamená, že náklady na materiál mohou být výrazně nižší. Zpráva Science uvedla, že suroviny pro hliníkovo-sirnou baterii mohou být o 85 % levnější než pro lithium-iontové baterie news.mit.edu. Společnost Theion (startup vyrábějící sirné baterie) podobně tvrdí, že jejich články budou stát jen třetinu ceny Li-ion článků reuters.com. Slovy Sadowaye jsou tyto baterie „eticky získané, levné [a] účinné“ news.mit.edu – vyhýbají se drahým kovům, které jsou často spojeny s problematickou těžbou. Využití hojných zdrojů také znamená méně úzkých míst v dodavatelském řetězci; nebudeme čelit nedostatku lithia nebo kobaltu, pokud se hliníkovo-sirné baterie prosadí.
🔥 Zvýšená bezpečnost (nehořlavé): Mnoho nových hliníkovo/sirných baterií je navrženo tak, aby byly mnohem bezpečnější. Místo hořlavých organických elektrolytů mohou používat anorganické tavené soli nebo pevné elektrolyty, které se nevznítí news.mit.edu. Hliníko-iontové a hliníkovo-sirné články předvedené Stanfordem a MIT „nechytí plamen, ani když je provrtáte“ nebo pracují při vysokých teplotách news.stanford.edu, news.mit.edu. Podobně sirné katody v kombinaci s pevnými nebo gelovými elektrolyty lépe odolávají tepelnému úniku než běžné Li-ion baterie. Hliníkovo-vzduchový systém společnosti Phinergy je ze své podstaty nehořlavý a „bezpečný, nehořlavý“ při provozu evreporter.com. Zvýšená bezpečnost nejen chrání uživatele, ale také zjednodušuje přepravu a výrobu (není potřeba drahé chlazení nebo požární ochrana v bateriových modulech).
⚡ Vysoká hustota energie & nízká hmotnost: Obě chemie nabízejí potenciál pro vyšší ukládání energie na hmotnost než dnešní baterie. Například lithium-sirné baterie dosáhly v prototypech ~500 Wh/kg businessaviation.aero – což je asi dvojnásobek nejlepší Li-ion, což umožňuje mnohem lehčí bateriové sady. Společnost Lyten uvádí, že její Li-S články budou až o 40 % lehčí než Li-ion sady při stejné energii lyten.com. Theion cílí na 3x vyšší hustotu energie než Li-ion reuters.com. Pro elektromobily a letadla by to mohlo znamenat delší dojezd nebo vyšší užitečné zatížení při stejné hmotnosti baterie. Hliníkovo-vzduchové baterie mají extrémně vysokou hustotu energie (před pár lety byla s jejich pomocí stanovena rekordní 1 100milová jízda elektromobilem na jednu „nádrž“ hliníkovo-vzduchové baterie), i když je potřeba doplňování. I hliníkovo-iontové baterie, přestože mají nižší teoretickou energii než Li-S, mohou vynikat v hustotě výkonu – Stanfordův článek se dokázal plně nabít za jednu minutu news.stanford.edu, což naznačuje baterie, které se nabijí stejně rychle jako natankování nádrže. Stručně řečeno, tyto technologie by mohly nabídnout buď mnohem více energie (pro dlouhodobé použití), nebo mnohem rychlejší vybíjení/nabíjení než Li-ion, nebo obojí.
🔋 Potenciál dlouhé životnosti cyklu: Správně navržené hliníkové a sirné baterie by mohly vydržet stejně dlouho nebo déle než Li-ion. Hliníkové kovové anody netvoří stejný typ dendritů jako lithium (zejména při správných elektrolytech) news.mit.edu, takže mohou být velmi odolné. Hliníkovo-iontový článek ze Stanfordu přežil více než 7 500 cyklů (řádově více než Li-ion) news.stanford.edu. Sirné články měly historicky špatnou životnost, ale nové konstrukce (mezivrstvy, pevný elektrolyt atd.) dosahují stovek až tisíců cyklů s minimální ztrátou anl.gov, nature.com. Pro stacionární úložiště je klíčová baterie, která spolehlivě cykluje každý den po dobu 10+ let, a vývojáři těchto chemií se intenzivně zaměřují na stabilitu.
♻️ Environmentální a etické výhody: Protože tyto baterie využívají snadno dostupné materiály, vyhýbají se environmentálním škodám spojeným s těžbou a zpracováním vzácných kovů, jako je kobalt, nikl a lithium. Dochází také ke snížení vestavěné uhlíkové stopy baterie. Theion odhaduje, že jejich články se sírou vyprodukují při výrobě pouze třetinu CO₂ ve srovnání s Li-ion články reuters.com. Síra je často odpadním produktem (miliony tun leží na skladech), takže její využití v bateriích je v podstatě recyklací průmyslového odpadu. Hliník je také vysoce recyklovatelný – existující globální recyklační infrastruktura by mohla být využita k snadnému získávání hliníku z použitých baterií. Z etického hlediska použití síry a hliníku obchází dětskou práci a problémy s lidskými právy, které sužují těžbu kobaltu. Všechny tyto faktory znamenají, že baterie nové generace by mohly být udržitelnější a společensky odpovědnější po celou dobu svého životního cyklu.
💡 Rychlé nabíjení a vysoký výkon: Některé konstrukce s hliníkem a sírou vykazují ultra-rychlou schopnost nabíjení. Zmínili jsme 60sekundové nabíjení v laboratorních testech news.stanford.edu. Navíc články s hliníkem a sírou v laboratoři fungovaly při velmi vysokých rychlostech nabíjení (např. nabíjení 1C a více při zvýšené teplotě s vynikající retencí) nature.com. Hliník-vzduch lze „dobít“ okamžitě výměnou hliníku. Tyto vlastnosti by mohly zmírnit jednu z největších stížností spotřebitelů na elektromobily a elektroniku – dlouhé doby nabíjení – a zároveň poskytnout vysoký výkon, když je potřeba (představte si nářadí nebo elektromobily s hliníkovými bateriemi, které dodávají silný výkon bez poklesu napětí).

Je důležité poznamenat, že ne každá z těchto výhod platí stejně pro všechny varianty (například hliník-vzduch poskytuje skvělou energii, ale nelze jej elektricky dobíjet; hliník-iont se nabíjí rychle, ale má nižší napětí; Li-S je velmi lehký, ale v současnosti má střední životnost cyklu). Nicméně celkový příslib hliníkových a sirných baterií spočívá v tom, že můžeme dramaticky snížit náklady a závislost na vzácných materiálech a zároveň dosáhnout stejného nebo lepšího výkonu v klíčových oblastech bezpečnosti, energie a výkonu.

Výzvy a technické překážky

Pokud jsou hliníkové a sirné baterie tak skvělé, proč ještě nejsou všude? Pravda je taková, že tyto technologie čelí významným výzvám, které se vědci a inženýři stále snaží překonat:

Polysulfidový shuttle a degradace katody (problémy se sírou): U lithium-sirných a dalších baterií se sirnou katodou byl nechvalně známý problém polysulfidového shuttle zásadní překážkou. Během cyklování baterie prochází síra mezistupni, které se mohou rozpouštět v elektrolytu a putovat k anodě, což způsobuje samovybíjení, ztrátu aktivního materiálu a dokonce i škodlivé reakce s anodou anl.gov. To vede k rychlému poklesu kapacity. Navíc mají sirné katody tendenci se výrazně smršťovat a roztahovat (až o ~80 % objemu), když se přeměňují na sirník lithný a zpět reuters.com. Toto „dýchání“ může časem katodu rozdrtit nebo ji oddělit od proudových kolektorů. Ačkoliv nové strategie (jako přidání ochranných mezivrstev anl.gov, použití nanostrukturovaných uhlíkových nosičů nebo pevných elektrolytů) tyto problémy zmírnily, zajistit, aby sirná baterie vydržela stovky cyklů v reálných podmínkách, zůstává klíčovou výzvou.
Dendrity a problémy s pokovováním (kovové anody): Hliníkové kovové anody, stejně jako jiné kovové anody, mohou při nabíjení vytvářet dendrity (tenké vodivé vlákna), které hrozí zkratováním článku. Ve skutečnosti byl hlavním důvodem, proč hliníkové baterie dlouho selhávaly, fakt, že se nikomu nedařilo opakovaně spolehlivě provádět pokovování/odstraňování hliníku – často se tvořil „mechovitý“ povlak nebo se deaktivoval tvorbou povrchového oxidu. Iontové kapaliny a tavené soli jako elektrolyty výrazně pomohly „zkrotit“ tento problém (jeden tým dokonce uvedl, že jejich hliníková baterie s tavenou solí „nikdy neztratila článek kvůli dendritovému zkratu“ při testech rychlého nabíjení news.mit.edu). Pokud by se však použil konvenčnější elektrolyt, dendrity nebo vedlejší reakce s hliníkovým oxidem by mohly být problematické. Podobně pokud je v sirných bateriích použita jako anoda kovová lithium (běžné v Li-S konstrukcích), vznikají lithium-dendrity a bezpečnostní problémy, zejména při použití kapalných elektrolytů. Výzkumníci často kombinují Li-S s ochrannými membránami nebo pevnými konstrukcemi, aby zabránili vzniku lithium-dendritů.
Nízké provozní napětí a energetická účinnost (hliníkový iont): Hliníko-iontové baterie, zejména ty využívající interkalaci (např. grafitové katody), mají obvykle nižší napětí článku než Li-ion. Slavný hliníko-iontový článek Stanfordu produkoval asi 2,0 volty news.stanford.edu, zatímco lithium-iontový článek má jmenovité napětí ~3,7 V. To je částečně způsobeno chemií interkalace Al³⁺ a omezeními elektrolytu. Nižší napětí znamená, že je potřeba více článků v sérii (což přidává složitost a určitou energetickou ztrátu), aby bylo dosaženo požadovaného napětí bateriového bloku. Je zde také problém s multivalentními ionty, jako je Al³⁺, které mají pomalou kinetiku v pevných látkách – pohyb iontu s nábojem +3 je obtížnější než u iontu s nábojem +1, jako je Li⁺, takže dosažení vysokého výkonu může být obtížné, pokud se nezvýší teplota nebo se nepoužijí speciální elektrolyty nature.com. Některé hliníkové baterie fungují dobře pouze při zvýšených teplotách (60–100 °C), což by mohlo komplikovat jejich použití v spotřební elektronice (nikdo nechce mít v telefonu neustále horkou baterii!). Dobrou zprávou je, že inovace v elektrolytech (například přidání určitých solí nebo použití nových směsí) zlepšují vodivost hliníko-iontů při nižších teplotách nature.com.
Požadavky na teplotu: Jak bylo zmíněno, několik hliníkových a sodíkových návrhů využívá elektrolyty z tavených solí, které je třeba udržovat v teple. Například MIT hliník-síra baterie pracuje optimálně při asi 110 °C news.mit.edu, a dokonce i vylepšená varianta pracuje při 85 °C nature.com. I když to nejsou podle průmyslových standardů extrémní teploty, znamená to, že bateriový blok by potřeboval izolaci a možná i malý ohřívač, aby zůstal ve správném rozmezí. To je v pořádku pro stacionární úložiště (kde baterie velikosti lednice může mít tepelný management), ale je to výzva pro přenosné aplikace a elektromobily, pokud teplo nemůže být samoudržitelné (Sadowayův článek se ve skutečnosti sám zahřívá během cyklování, aby udržel teplotu news.mit.edu). Provoz při vysokých teplotách také vyžaduje robustní těsnění a bezpečnostní opatření (i když výhodou je, že nehrozí riziko požáru). Výzkumníci pracují na snížení provozních teplot a dokonce zkoumají chemie pro pokojovou teplotu jak pro systémy na bázi Al, tak Na nature.com.
Nabíjecí infrastruktura a „tankování“ (Al-Air): Unikátní pro hliníkovo-vzduchové (a podobné kovovo-vzduchové) systémy je problém, že je nelze dobíjet pouhým připojením k nabíječce. Je třeba vyměnit nebo recyklovat hliníkovou anodu, jakmile se spotřebuje. To vyžaduje vytvoření celé infrastruktury pro výměnu hliníkových desek nebo kazet, sběr použitých a recyklaci hliníku (pravděpodobně tavením za použití elektřiny, což fakticky znamená „dobíjení“ hliníku). Indian Oil a Phinergy na tomto ekosystému aktivně pracují evreporter.com, ale jde o jiný model než čerpací nebo nabíjecí stanice. Bez široké podpory může hliníkovo-vzduchová technologie zůstat okrajovou záležitostí. Navíc je třeba se vypořádat s vedlejším produktem hliníkovo-vzduchových článků (hydroxid hliníku) – i když jej lze recyklovat na nový hliník nebo jiné produkty.
Zvýšení výrobní kapacity a integrace: Lithium-iontová technologie má třicetiletý náskok s obrovskou výrobní kapacitou, optimalizovanými dodavatelskými řetězci a dobře vyškolenou pracovní silou. Každá nová bateriová chemie čelí překážce přechodu z laboratorního nebo pilotního měřítka na úroveň gigatovárny. Hliníkové a sirné baterie mohou vyžadovat nové výrobní procesy (například manipulaci s na vlhkost citlivými iontovými kapalinami nebo pevnými elektrolyty, nebo nové konstrukce článků jako vrstvené elektrody Theionu). Škálování bez vad a za nízkou cenu není triviální. Je zde také otázka integrace – lze tyto nové baterie jednoduše použít ve stávajících zařízeních nebo vozidlech, nebo je třeba nové konstrukce? Odlišné napěťové profily, tvary nebo provozní podmínky mohou znamenat nutnost přepracovat vše od systémů správy baterií po konstrukci podvozku aut. Tyto přechodné náklady a nejistoty mohou zpomalit adopci.
Současný stav (připravenost technologie): Přestože v letech 2024 a 2025 došlo k velkým průlomům (jak si ukážeme dále), mnoho hliníkových a sirných bateriových technologií je stále ve fázi prototypu nebo rané komerční fázi. Žádná z nich zatím nedosáhla masového nasazení, jaké má lithium-iontová technologie. Například lithium-sirné články teprve nyní vstupují na omezené trhy, jako jsou drony a satelity, kde lze jejich krátkou životnost tolerovat nebo kompenzovat. Hliník-síra a hliník-iont jsou ve fázi demonstrace a rozšiřování; žádné elektrické auto ani síť zatím nemá velký takový článek v plném provozu. To znamená, že stále existuje riziko neočekávaných problémů v reálném provozu (vzpomeňte na incidenty s tepelným únikem u Li-ion v počátcích). Bude to chtít čas, investice a pravděpodobně několik iterací, než budou tyto technologie stejně spolehlivé jako stávající. Skeptická poznámka: i lithium-iontové baterie se každým rokem zlepšují – s novými chemiemi jako lithium-železo-fosfát (LFP) a lithium-kovové pevné články na obzoru – takže hliníkové a sirné baterie musí nejen fungovat, ale také konkurovat zlepšující se stávající technologii.

Shrnuto, hliníkové a sirné baterie mají obrovský potenciál, ale zároveň představují jedinečné překážky. Výzkumníci otevřeně přiznávají, že je potřeba další práce; jak jeden tým napsal v roce 2022, navzdory pokroku „Al–S baterie historicky trpěly špatnou rychlostí nabíjení a stabilitou cyklování“, což vyžaduje další inovace v oblasti elektrolytů a elektrod nature.com. Překonání těchto výzev je přesně to, na co se nyní zaměřuje mnoho laboratoří a startupů.

Kdo vede tuto vlnu? Hlavní hráči ve vývoji

Tato vzrušující oblast má směsici akademických laboratoří, startupů a průmyslových gigantů, kteří posouvají hranice. Zde jsou někteří z významných hráčů a čím se zabývají:

Massachusetts Institute of Technology (MIT) & Avanti: MIT je centrem inovativního výzkumu baterií. Skupina profesora Donalda Sadowaye na MIT stála u zrodu konceptu hliník-síra baterie. Po zveřejnění průlomových výsledků v Nature v roce 2022 Sadoway spoluzaložil Avanti, aby tuto technologii komercializoval news.mit.edu. Cílem Avanti je rozšířit výrobu hliník-síra článků pro stacionární úložiště a další využití. Sadoway je známý také tím, že spoluzaložil Ambri, společnost komercializující baterie s kapalným kovem (využívající jiné chemie, například vápník a antimon). Ambri cílí na úložiště v měřítku rozvodných sítí a v roce 2024 bylo oznámeno, že nasazuje systémy youtube.com. Díky Ambri a Avanti by Sadowayovy inovace mohly pokrýt velké baterie pro energetiku až po menší baterie pro budovy nebo nabíjecí stanice pro elektromobily news.mit.edu. Vliv MIT tím nekončí – jeho výzkumníci zkoumají také lithium-sirné projekty a institut často spolupracuje s národními laboratořemi a firmami na špičkových bateriových technologiích.
Stanfordská univerzita & SLAC: Stanford způsobil rozruch v oblasti hliníko-iontových baterií již v počátcích (prototyp rychle nabíjecí Al-ion baterie z roku 2015 news.stanford.edu). Tato práce, vedená profesorem Hongjie Daiem, ukázala, že jednoduchá grafitová katoda může umožnit dobíjecí hliníkovou baterii. Stanford pokračuje ve výzkumu baterií; například SLAC (Stanfordský lineární urychlovač) zkoumal nové katody pro hliníkové baterie, jako jsou kovové sulfidy nature.com, a zkoumal rozhraní chemie pro zlepšení cyklování. Ačkoli objev Stanfordu z roku 2015 zatím nepřerostl v komerční produkt, prokázal proveditelnost a byl citován v mnoha následných studiích. Také zdůraznil stanfordskou filozofii otevřeného výzkumu vedoucího k přijetí v průmyslu (někteří absolventi výzkumu baterií ze Stanfordu se připojili ke startupům nebo založili vlastní v oblasti Bay Area).
Graphene Manufacturing Group (GMG) & University of Queensland: V Austrálii GMG (ve spolupráci s University of Queensland) vyvíjí grafenovou hliníko-iontovou baterii. U mincovních článků v prototypu hlásí působivý výkon – s extrémně rychlým nabíjením a dlouhou životností – při použití grafenu (forma uhlíku) jako katodového materiálu v hliníko-iontové konfiguraci batteriesnews.com. GMG se snaží svou technologii rozšířit na články typu pouch vhodné pro spotřební elektroniku nebo elektromobily a ke konci roku 2022 měli rozpracovaný vývojový program a pilotní výrobní linku graphenemg.com. Jejich přístup zdůrazňuje synergii nanomateriálů (grafen) s novými chemiemi, jako je hliníko-iontová, pro dosažení lepších výsledků.
Phinergy a Indian Oil (IOC): Phinergy je izraelský startup, který je již více než deset let průkopníkem v oblasti baterií na bázi hliník-vzduch. V roce 2014 slavně poháněli předváděcí auto na vzdálenost 1 100 mil pomocí hliník-vzduch baterie a od té doby se zaměřují na reálné produkty pro záložní napájení a prodloužení dojezdu elektromobilů. Phinergy uzavřel partnerství s Indian Oil Corporation a vytvořil společný podnik (IOC Phinergy), který přináší technologii hliník-vzduch na indický trh – což je potenciálně obrovské pro zemi, která se snaží najít alternativy k ropě a využít svůj hliníkový průmysl. Na začátku roku 2023 IOC Phinergy předvedl první indické vozidlo poháněné hliník-vzduch baterií a budoval infrastrukturu pro výrobu a recyklaci desek alcircle.com. Indická vláda také projevila zájem, protože hliník-vzduch by mohl snížit závislost na dováženém lithiu. Technologie Phinergy je již komerčně využívána jako záložní zdroj pro telekomunikační věže (nahrazuje dieselové generátory bezemisními systémy hliník-vzduch) evreporter.com a spolupracují s automobilkami jako Mahindra na integraci do vozidel (například testovací flotily elektrických rikš a autobusů využívajících hliník-vzduch pro prodloužený dojezd) evreporter.com. Pokrok Phinergy je zásadní, protože jde o jednu z prvních firem, která dostala baterii na bázi hliníku z laboratoře do praktického nasazení v terénu.
Lyten: Lyten je startup ze Silicon Valley (se sídlem v San Jose, Kalifornie), který byl několik let v utajeném režimu a vyvíjel lithium-sirnou baterii vylepšenou proprietárním 3D grafenovým materiálem. Nedávno vystoupili s velkou novinkou: v říjnu 2024 Lyten oznámil plány na výstavbu první gigatovárny na lithium-sirné baterie na světě v Nevadě s investicí přes 1 miliardu dolarů lyten.com l. Zařízení má do roku 2027 vyrábět 10 GWh Li-S baterií ročně lyten.com. Tento odvážný krok naznačuje důvěru, že jejich technologie je téměř připravena na masovou výrobu. Počáteční cílové trhy Lytenu nejsou osobní elektromobily, ale mikromobilita, letectví, drony a obrana v letech 2024–2025 lyten.com – oblasti, kde vysoká energetická hustota Li-S nabízí rozhodující výhodu a kde může být mírně nižší životnost cyklů akceptovatelná. Společnost zdůrazňuje nízkou hmotnost svých baterií a absenci konfliktních minerálů, přičemž jejich články skutečně používají anody z kovového lithia a katody z kompozitu síra-uhlík, čímž se vyhýbají niklu, kobaltu atd. lyten.com. Generální ředitel Lytenu, Dan Cook, uvedl, že „Lithium-sirná baterie je skokem v bateriové technologii, přináší baterii s vysokou energetickou hustotou a nízkou hmotností, vyrobenou z hojně dostupných místních materiálů“ lyten.com. Od roku 2023 dokonce vyrábějí pilotní bateriové články interně, aby testovali a zdokonalovali výrobní proces lyten.com. Pokud bude gigatovárna Lytenu úspěšná, může to být game-changer – první komerčně vyráběné Li-S baterie ve velkém měřítku, potenciálně pro použití v nové generaci elektrických letadel nebo dálkových elektrických kamionech, kde záleží na každém kilogramu.
Theion: Theion je startup se sídlem v Berlíně, Německo, zaměřující se na lithium-sirné baterie s jednou zvláštností – používají krystalickou síru a speciální elektrody ke zlepšení stability. V březnu 2025 Theion získal 15 milionů eur v kole financování Series A, aby rozšířil výrobu svých bateriových článků reuters.com. Theion tvrdí, že jejich články mohou ztrojnásobit energetickou hustotu oproti lithium-iontovým bateriím a zároveň snížit náklady na třetinu, jak bylo zmíněno dříve reuters.com. Údajně vyřešili klíčové problémy tím, že předem rozšířili katodu, aby pojala expanzi síry, a tím, že udržují síru v krystalické formě, která je méně reaktivní s elektrolyty reuters.com. CEO Ulrich Ehmes uvedl, že jejich technologie by mohla najít využití v EV, „létajících taxících“ nebo skladování energie, a potenciálně by mohla být v autech do konce 20. let tohoto století reuters.com. Přístup Theionu přitahuje pozornost, protože se nespoléhá na exotické materiály – zdůrazňují, že jejich baterie „dýchají“ méně a nekorodují jako dřívější Li-S. Financování jim pomůže vyvinout větší pouch články a posunout se za hranici prototypů typu coin-cell reuters.com. Zájem Německa o sirné baterie také souzní s evropskou snahou mít domácí, udržitelné bateriové technologie.
Argonne National Laboratory & U.S. DOE: Ve veřejné výzkumné sféře se Argonne (spolu s dalšími laboratořemi Ministerstva energetiky USA, jako jsou Oak Ridge a Pacific Northwest) aktivně věnuje výzkumu sirných baterií. Diskutovali jsme o úspěchu Argonne v návrhu mezivrstvy pro Li-S články anl.gov. Zkoumají také pevné sirné baterie ve spolupráci s NASA pro letectví. Úřad pro technologie vozidel DOE financoval několik projektů na Li-S, Mg-S a dokonce i Li-Air a Al-Air, přičemž uznává strategický význam chemie nové generace. Národní laboratoře často spolupracují s univerzitami (například Argonne spolupracovala s týmem včetně University of Illinois na sirných mezivrstvách) a sdílejí poznatky, na kterých mohou stavět startupy. Například velká část poznatků o chování polysulfidů a pokročilé charakterizace (za použití nástrojů jako je Argonne’s Advanced Photon Source pro rentgenovou analýzu baterií anl.gov) pochází z těchto laboratoří.
Další významní: Univerzity jako Monash University (Austrálie) se v roce 2020 dostaly na titulky novin díky Li-S baterii, která údajně dokázala napájet smartphone po dobu pěti dnů a vykazovala vynikající stabilitu díky novému pojivu a konstrukci elektrody advancedsciencenews.com. Monash od té doby pracuje také na rychlonabíjecích Li-S bateriích, s cílem využití v elektrickém letectví monash.edu. Ve Velké Británii byla dnes již zaniklá Oxis Energy průkopníkem v oblasti Li-S; před svým uzavřením v roce 2021 Oxis vyvinul Li-S články blížící se 400 Wh/kg a spolupracoval s výrobci letadel. Její duševní vlastnictví bylo získáno jinými subjekty, což možná ovlivňuje nové projekty. Čínská akademická sféra i průmysl jsou mimořádně aktivní – instituce jako Čínská akademie věd, Wuhan University of Technology (která je spoluautorem Sadowayova článku o Al-S news.mit.edu), a společnosti jako CATL zkoumají chemii síry a hliníku, i když podrobnosti jsou někdy utajovány. Dokonce i Tesla na Battery Day v roce 2020 naznačila zájem o síru (Elon Musk vtipkoval o tom, že Tesla zkoumá „lithium a síru“ bez bližšího vysvětlení, možná pro dlouhodobé projekty). Nakonec NASA a Boeing zkoumají Li-S pro letadla: NASA projekt SABERS má vícevrstvou sírovou baterii, která dosáhla 500 Wh/kg, což by mohlo umožnit elektrická letadla nebo pokročilé drony businessaviation.aero.

Je zřejmé, že globální ekosystém inovátorů posouvá hliníkové a sírové baterie vpřed – od dravých startupů po uznávané národní laboratoře. V příštích několika letech (2025–2030) pravděpodobně některé z těchto snah přinesou ovoce v podobě skutečných produktů a pilotních nasazení.

Průlomové objevy a nedávné inovace (2024–2025)

Období let 2024 až 2025 je obzvláště vzrušující pro vývoj hliníkových a sírových baterií, s několika pozoruhodnými průlomy:

Leden 2024 – Hliník-síra při 85 °C (Nature Communications): Vědci předvedli novou hliníkovo-sírovou baterii, která funguje při 85 °C s kvaterním elektrolytem z tavené soli, publikováno v Nature Communications nature.com. Tato baterie vykazovala schopnost rychlého nabíjení a překvapivou životnost: po 1 400 cyklech si při nabíjecím proudu 1C udržela 85,4 % své kapacity nature.com. Důležité je, že 85 °C je velké zlepšení oproti dřívějším bateriím s tavenou solí, které potřebovaly 110–180 °C nature.com. Tým toho dosáhl formulací speciální směsi solí (alkalických chloroaluminátů) s nízkým bodem tání, což také usnadnilo rychlý pohyb hliníkových iontů nature.com. Použili také porézní uhlíkatou katodu dopovanou dusíkem, která pomohla urychlit reakce síry nature.com. Tento výsledek je významný, protože ukazuje na praktické, nízkonákladové baterie pro sítě, které by mohly fungovat s jednoduchým ohřevem (dokonce jen horkou vodou jako zdrojem tepla, jak autoři poznamenávají nature.com) a umožnit rychlé nabíjení bez degradace. Je to krok k tomu, aby se koncept MIT Al-S baterie stal uživatelsky přívětivějším a mobilnějším.
Říjen 2024 – Lyten oznamuje Li-S gigatovárnu: Oznámení společnosti Lyten o gigatovárně na lithium-sirné baterie v Nevadě bylo na konci roku 2024 hlavní zprávou v oboru lyten.com. Má se jednat o první gigatovárnu na světě věnovanou výrobě Li-S článků s cílem dosáhnout produkce 10 GWh/rok do roku 2027 lyten.com. Ještě pozoruhodnější bylo prohlášení společnosti Lyten, že její Li-S baterie již vstupují na vybrané trhy v letech 2024 a 2025 – konkrétně mají zákazníky v oblasti mikromobility (elektrokola, koloběžky), letectví (možná satelity nebo vysokohorské drony), dronů a obranných aplikací využívajících jejich baterie lyten.com. To naznačuje, že Lyten přešel od laboratorních prototypů k pilotní výrobě a skutečnému použití v terénu v těchto segmentech. Rozhodnutí postavit velkou továrnu ukazuje důvěru ve škálovatelnost technologie a v to, že se poptávka po ní skutečně objeví. Je to také velký signál pro bateriářský průmysl a investory, že lithium-síra je blízko připravenosti pro masové nasazení. V důsledku toho bychom brzy mohli vidět produkty s označením „Li-S baterie uvnitř“, alespoň v high-end nebo specializovaných aplikacích.
Březen 2025 – Theion získává finance, tvrdí 3× vyšší energii: V březnu 2025 agentura Reuters informovala, že společnost Theion získala 15 milionů eur na rozšíření výroby své sírové baterie, která „ukládá více energie, ale stojí mnohem méně než běžné lithium-iontové baterie.“ reuters.com Theion veřejně odhalil část své technické strategie a uvedl, že jejich články mají trojnásobnou energetickou hustotu oproti Li-ion, za třetinovou cenu a třetinové emise CO₂, jak již bylo zmíněno reuters.com. Velké obavy řeší tím, že rychlé korozi předcházejí použitím krystalické síry a s expanzí si poradí předběžným rozšířením struktury katody reuters.com. Financování jim pomůže přejít z miniaturních článků na větší pouch články (vhodné pro elektromobily nebo letadla) reuters.com. Tento vývoj připomíná, že nejen jedna, ale několik startupů (Lyten, Theion, další) dosahuje milníků a přitahuje investice, což zvyšuje šanci, že alespoň jeden z nich uspěje komerčně. Je to trochu jako v počátcích lithium-iontových baterií, kdy v závodě bylo více firem a zemí – zde máme americké a evropské hráče, kteří současně prosazují sírové baterie.
2023 – 2024 – Řešení životnostní hádanky sírového cyklu: V průběhu roku 2023 a začátkem roku 2024 publikovalo několik výzkumných skupin pokroky v prodlužování životnosti sírových baterií. Jedním z vrcholů byla studie vedená Argonne (publikovaná v srpnu 2022 v Nature Communications), která ukázala, že redox-aktivní mezivrstva může dramaticky zlepšit stabilitu Li-S baterií anl.gov. Začátkem roku 2023 oznámili, že tento přístup vede k článkům, které si udržují vysokou kapacitu po stovky cyklů anl.gov, čímž se Li-S přibližuje životaschopnosti pro každodenní použití. V polovině roku 2024 další tým oznámil skládací, flexibilní Li-S baterii využívající speciální katodu ze sulfidů železa, která dokázala fungovat i po rozříznutí, aniž by selhala acs.org – což je novátorské řešení pro nositelnou nebo flexibilní elektroniku využívající Li-S. Tyto dílčí inovace jsou důležité: řeší jednotlivé konkrétní problémy (jako je řízení polysulfidů, mechanické namáhání atd.) jeden po druhém. Každé zlepšení přibližuje Li-S články splnění přísných požadavků komerční elektroniky a vozidel.
2024 – Prudký nárůst výzkumu a vývoje hliníkových baterií: Na straně hliníku se na konci roku 2024 objevily také zajímavé výzkumy. Vědci zkoumali nové katodové materiály pro hliníkové iontové baterie, například sulfid kobaltu, aby dosáhli vyšší kapacity a lepšího pochopení mechanismů ukládání náboje nature.com. Roste také množství prací o „multivalentních“ bateriích (včetně Al, Mg, Zn), které často sdílejí výzvy i průlomy – například vylepšené elektrolyty, které pomohou jednomu systému, lze někdy použít i v jiném advanced.onlinelibrary.wiley.com. Vidíme také, že země jako Indie investují do technologie hliníkových baterií, a to nejen prostřednictvím hliníkovo-vzduchových baterií firmy Phinergy, ale také akademickým výzkumem s cílem vytvořit dobíjecí hliníkovou baterii vhodnou pro indické podmínky (vláda financuje projekty v rámci své národní strategie pro skladování energie). Přestože se o těchto projektech zatím globálně příliš nemluví, přispívají k rostoucí dynamice kolem hliníkových baterií po celém světě.
Politické a tržní signály: Průlomové příběhy nejsou jen technické. V letech 2024–2025 vidíme silné tržní signály podporující tyto nové baterie. Zákon o snižování inflace (IRA) americké vlády a další politiky podporují domácí dodavatelské řetězce baterií – což prospívá chemiím, které lze vyrábět z místně dostupných surovin, jako je síra (USA produkují hodně síry z rafinace ropy) a hliník. Gigafactory společnosti Lyten v Nevadě a zájem amerického ministerstva obrany o lehké Li-S baterie pro vojáky nebo satelity jsou výsledky těchto pobídek lyten.com. V Evropě je tlak na udržitelnost, což činí baterii bez kobaltu a niklu velmi atraktivní, a proto EU financuje projekty jako Theion a další. Dokonce i v Číně, kde dominuje výroba lithium-iontových baterií, existují státem podporované programy pro „baterie nové generace“ (například CATL údajně pracuje na sodík-iontové + sírové hybridní baterii s uvedením na trh kolem roku 2023/24 pro stacionární úložiště). Všechny tyto trendy naznačují, že nastal čas pro hliníkové a sírové baterie – svět hledá řešení a technologie těmto potřebám dohání.

V podstatě poslední dva roky proměnily hliníkové a sírové baterie z okrajové laboratorní kuriozity na vážné kandidáty pro budoucnost skladování energie. Jak jeden vědec trefně řekl, „Jsme o krok blíže k tomu, abychom tuto technologii viděli v našem každodenním životě.“ anl.gov Tento postupný pokrok je přesně to, co se nyní děje, a dalším krokem bude širší komercializace a škálování těchto inovací.

Potenciální využití a dopad na čistou energii a elektromobily

Nástup hliníkových a sírových baterií by mohl ovlivnit širokou škálu odvětví. Zde jsou některé z nejperspektivnějších aplikací a jejich dopady:

🏠 Skladování obnovitelné energie (síťové a domácí): Možná největší dopad v blízké budoucnosti bude mít stacionární skladování energie pro čistou energii. Jednou z hlavních výzev obnovitelných zdrojů energie (solární, větrné) je jejich přerušovanost – slunce a vítr nejsou k dispozici 24/7, takže potřebujeme obrovské a cenově dostupné baterie pro ukládání energie na dobu, kdy se nevyrábí. Lithium-iontové baterie se již začaly používat pro skladování v síti, ale jsou stále poměrně drahé a závislé na dovážených materiálech. Hliníkovo-sirné a sodíkovo-sirné baterie, se svými velmi levnými komponenty, by mohly drasticky snížit náklady na uložení jedné kilowatthodiny. Sadoway z MIT se svým Al-S akumulátorem konkrétně cílil na domácí a sousedskou úroveň – „velikost potřebnou k napájení jedné domácnosti nebo malého až středního podniku“ (v řádu desítek kWh) news.mit.edu. Takové baterie by umožnily majitelům domů se solárními panely na střeše levně ukládat energii vyrobenou přes den pro noční využití, nebo malým firmám mít záložní zdroj energie bez dieselového generátoru. Ve větším měřítku by energetické společnosti mohly nasadit obrovské banky hliníkových nebo sodíkovo-sirných baterií k vyrovnání výroby z obnovitelných zdrojů. Tým Univerzity v Sydney poznamenal, že jejich nízkonákladová Na-S baterie by mohla „výrazně snížit náklady na přechod k dekarbonizované ekonomice“ tím, že poskytne cenově dostupné skladování sydney.edu.au. V místech, kde není vhodná geografie pro přečerpávací vodní elektrárny, jsou tato elektrochemická řešení klíčová. Navíc, protože tyto nové baterie nejsou hořlavé (důležité pro bezpečnost komunity) a využívají hojné materiály, mohou být vyráběny a instalovány lokálně v mnoha regionech – což zvyšuje energetickou bezpečnost. Celkově by široké nasazení stacionárních hliníkových/sirných baterií umožnilo vyšší podíl obnovitelné energie, snížilo by omezování výroby (plýtvání solární/větrnou energií kvůli nedostatku úložišť) a pomohlo stabilizovat síť čistou, flexibilní energií.
🚗 Elektrická vozidla (EV): Lehčí a energeticky hustší baterie jsou svatým grálem pro EV a dokonce i pro elektrické letectví. Zvláště atraktivní jsou zde lithium-sirné baterie. Li-S baterie by mohla dramaticky prodloužit dojezd EV bez přidání hmotnosti – nebo naopak umožnit stejný dojezd s mnohem lehčí baterií, což zvyšuje efektivitu. Například pokud dnes EV potřebuje 600 kg Li-ion baterii pro dojezd 300 mil, Li-S baterie s 2× vyšší energetickou hustotou by toho mohla dosáhnout s ~300 kg, což výrazně snižuje hmotnost vozidla. To zlepšuje akceleraci, ovladatelnost a snižuje spotřebu energie na míli. Mohlo by to také učinit elektrické nákladní vozy a autobusy životaschopnějšími tím, že uvolní hmotnost pro náklad. Společnosti jako Oxis Energy (než byla uzavřena) a Sion Power spolupracovaly s partnery z letectví a automobilového průmyslu na prototypech Li-S baterií pro letadla s dlouhým doletem a EV. Ve skutečnosti dřívější Li-S články Sion Power poháněly High Altitude Pseudo-Satellite (bezpilotní solární letadlo), které v 2010s překonalo rekordy v délce letu. Nedávno NASA a Airbus zvažovaly Li-S jako jeden z mála způsobů, jak dosáhnout požadovaných 500 Wh/kg pro praktická elektrická dopravní letadla businessaviation.aero – úspěch jejich projektu SABERS naznačuje, že regionální elektrická letadla na obzoru by mohla využívat sirné baterie. Elektrické létající taxíky a drony by z toho také těžily; Theion výslovně zmínil létající vozidla jako cíl reuters.com. Mimo Li-S mají v EV roli i hliníkovo-vzduchové baterie: mohly by sloužit jako modul pro prodloužení dojezdu, který aktivujete na dlouhé cesty. Představte si EV s malou Li-ion baterií pro každodenní dojíždění a hliníkovo-vzduchovou „pomocnou baterií“, kterou doplníte (vyměníte hliník) jen při cestě na 1 000 km. Takové hybridní bateriové architektury jsou zvažovány v projektech Indian Oil/Phinergy a dalších. Je třeba poznamenat, že běžné EV nepřejdou na zcela novou chemii přes noc – bezpečnost, životnost a rychlé nabíjení musí být prokázány – ale koncem 2020s je možné, že špičkové modely nebo speciální vozidla přijdou s bateriemi nové generace. Pokud ano, mohlo by to posunout výkon EV na novou úroveň (dojezdy 500+ mil, velmi rychlé nabíjení, lehčí auta) a snížit závislost na kritických surovinách, což umožní masovější rozšíření EV bez úzkých míst v dodávkách surovin.
📱 Přenosná elektronika a nositelná zařízení: Váš budoucí chytrý telefon nebo notebook by také mohl těžit z baterií na bázi síry nebo hliníku, ačkoli tyto aplikace vyžadují dlouhou životnost cyklů a nízké samovybíjení (v těchto oblastech v současnosti vynikají Li-ion baterie). Lithium-sirná baterie by mohla zajistit, že váš telefon vydrží několik dní mezi nabíjením – vzpomeňte na koncept Monash University, kde telefon vydržel 5 dní na Li-S baterii advancedsciencenews.com. Úspora hmotnosti není u telefonu tak zásadní, ale energetická hustota ano. Jednou z výzev je, že spotřební elektronika očekává stovky cyklů a roky kalendářní životnosti; Li-S bude potřebovat další vylepšení, aby toho dosáhla. Přesto bychom mohli vidět speciální zařízení nebo nositelnou elektroniku, která je přijme, pokud nabídnou výhodu v designu. Hliníkové baterie, zejména flexibilní konstrukce jako ta ze Stanfordu, by mohly umožnit skládací nebo rolovatelné přístroje. Například hliník-iontová baterie, která je ohebná, by mohla být integrována do pásku chytrých hodinek nebo do chytrého oblečení. Také proto, že Al-ion lze vyrobit velmi bezpečně (bez rizika požáru), mohly by být zabudovány do zařízení bez objemných ochranných pouzder, což by možná umožnilo kreativnější průmyslový design. Toto jsou zatím spekulace, ale s vylepšováním výroby by spotřební elektronika mohla být důležitým trhem (ostatně byla jím i pro počáteční růst lithium-iontových baterií v 90. letech).
⚡ Infrastruktura pro rychlé nabíjení: Jednou z méně zjevných, ale důležitých aplikací je využití těchto nových baterií k usnadnění rychlého nabíjení elektromobilů a stabilizaci sítě. Jak upozornil profesor Sadoway, pokud se najednou pokusí nabíjet mnoho elektromobilů (například více aut na dálničním odpočívadle), poptávka po energii prudce vzroste nad to, co elektrická síť snadno zvládne news.mit.edu. Místo modernizace elektrického vedení je chytřejší instalovat u nabíjecích stanic bateriový buffer – baterie se pomalu nabíjí ze sítě a poté rychle dodá energii do aut, když je potřeba. U těchto bufferových baterií je nejdůležitější cena a bezpečnost, hmotnost tolik nevadí. To dělá z hliník-sirných nebo sodík-sirných baterií ideální kandidáty. Jsou umístěny na místě, levně skladují energii, nehrozí u nich požár a mohou rychle uvolnit náboj. Sadoway konkrétně zmínil, že Al-S systémy by mohly „odstranit potřebu instalace drahých nových elektrických vedení“ pro skupiny rychlonabíječek news.mit.edu. V podstatě tyto baterie mohou fungovat jako tlumiče nárazů pro elektrickou síť, absorbují přebytečnou energii a uvolňují ji na požádání, ať už jde o špičky při nabíjení elektromobilů nebo vyrovnávání výkyvů v produkci obnovitelných zdrojů.
🏭 Průmyslové a komerční zálohování: Stejně jako telekomunikační věže využívají hliníkovo-vzduchové baterie pro záložní napájení, mohou i další průmyslové a komerční objekty využít hliníkové nebo sirné baterie k zajištění spolehlivosti a snížení závislosti na dieselových generátorech. Datová centra například potřebují baterie, které jsou bezpečné, mají dlouhou životnost v pohotovostním režimu a jsou nákladově efektivní ve velkém měřítku – lze si představit místnosti se sodíkovo-sirnými bateriemi, které nahradí banky lithium-iontových nebo olověných baterií, jež se v současnosti používají pro UPS (nepřerušitelné zdroje napájení). Na odlehlých nebo off-grid místech jsou levné baterie, které nevyžadují častou výměnu, nesmírně cenné (méně servisních výjezdů). Hliníkovo-sirné baterie, které jsou projektovány jako velmi levné na kWh, by mohly umožnit vznik mikrosítí ve venkovských nebo ostrovních komunitách, ve spojení se solárními/přírodními zdroji, a poskytovat 24/7 elektřinu bez vysokých nákladů.
🚀 Letecký a obranný průmysl: Vysoký výkon těchto baterií je přirozeně atraktivní pro letecké a obranné aplikace. Jak bylo zmíněno, satelity a vysokohorské drony (pseudodružice) úspěšně využívají Li-S díky nízké hmotnosti a dobrému výkonu při nízkých teplotách (baterie ve vesmíru často pracují v chladu). Americká armáda má zájem o lehčí baterie pro vojáky (aby se snížila zátěž nošení mnoha kilogramů Li-ion baterií) – sirná baterie by mohla tuto zátěž výrazně snížit. Navíc, protože sirné baterie neobsahují sloučeniny uvolňující kyslík (na rozdíl od Li-ion, které mohou při tepelném úniku uvolnit O₂), mohly by být bezpečnější v uzavřených prostředích, jako jsou ponorky nebo kosmické lodě. Hliníkovo-vzduchové baterie by mohly sloužit jako podvodní zdroj energie pro dlouhodobě operující bezpilotní ponorky, kde je možné doplňovat hliník. Obranný sektor často působí jako raný uživatel špičkových technologií, které se později rozšíří, takže jejich investice do hliníkových a sirných baterií může urychlit vývoj. Ve skutečnosti první zapojení společnosti Lyten v letech 2024–25 na trzích vesmír, drony a obrana naznačuje, že obranné zakázky pomáhají ověřit technologii lyten.com před širším spotřebitelským využitím.

Ve všech těchto aplikacích je hlavním dopadem umožnění přechodu na čistou energii rychleji a ve větším rozsahu. Snížením nákladů na baterie a osvobozením od omezení dodavatelského řetězce lithium-iontových baterií by hliníkové a sirné baterie mohly zpřístupnit elektromobily více lidem (klíčové pro dekarbonizaci dopravy), učinit obnovitelné zdroje energie spolehlivějšími a rozšířenějšími (klíčové pro dekarbonizaci elektřiny) a dokonce vytvořit nové možnosti, jako je elektrické létání. Mají také environmentální přínosy při používání: např. nahrazení dieselových záložních generátorů hliníkovo-vzduchovými nebo sodíkovo-sirnými bateriemi snižuje místní znečištění ovzduší a emise CO₂. Pokud technologie splní svůj slib, svět by mohl zažít levnější elektromobily, odolnější čisté sítě a snížení těžby vzácných kovů – pozitivní zpětnou vazbu pro ekonomiku i životní prostředí.

Ekonomické a environmentální dopady

Z ekonomického hlediska by hliníkové a sirné baterie mohly být revoluční tím nejlepším způsobem: snížením nákladů na ukládání energie a diverzifikací dodavatelského řetězce. Baterie tvoří významnou část ceny elektromobilu nebo systému obnovitelné energie, takže levnější baterie znamenají levnější produkty a rychlejší adopci. Analytici poznamenali, že materiály jako hliník a síra stojí jen zlomek ceny lithia, niklu nebo kobaltu. Například jeden odhad uvádí, že náklady na materiály pro hliník-sirné články jsou pouze ~15 % ekvivalentního lithium-iontového článku news.mit.edu. Pokud by se tyto úspory promítly do výroby, mohli bychom vidět ceny baterií (za kWh) klesnout hluboko pod současnou křivku učení lithium-iontových baterií. Levné ukládání energie by pak mohlo podpořit hospodářský růst umožněním nových obchodních modelů (například více solárních elektráren, komunitních projektů skladování energie atd.) a snížením nákladů na energii pro spotřebitele (představte si, že si každý den nabijete domácí baterii solární energií a nikdy neplatíte špičkové ceny za elektřinu ze sítě).

Existuje také geopolitický rozměr: Výroba lithium-iontových baterií je dnes silně koncentrovaná (Čína dominuje výrobě článků a země jako DRC dodávají klíčové minerály). Hliník se však taví po celém světě (a recyklace poskytuje také lokální zdroj) a síra je všudypřítomná. Mnoho zemí, které nemají zdroje lithia, má silný hliníkový průmysl (např. Indie, jak jsme viděli u IOC Phinergy). Hliníkové baterie by tak mohly umožnit více státům budovat domácí bateriový průmysl bez závislosti na dováženém lithiu nebo kobaltu. Tato diverzifikace by mohla snížit globální rizika v dodavatelském řetězci a učinit přechod na elektromobilitu a obnovitelné zdroje energie odolnější vůči nedostatkům nebo politické nestabilitě. V Nevadě je příkladem plánovaná továrna Lyten – využívá síru z USA a baterie montuje na domácí půdě, což lyten.com odpovídá politikám na podporu domácí výroby baterií a vytváření místních pracovních míst (předpokládají 1 000 pracovních míst při plném provozu v jedné továrně lyten.com).

Z environmentálního hlediska tyto baterie nabízejí několik výhod:

Nižší uhlíková stopa: Výroba baterií je energeticky náročná, ale sirné a hliníkové baterie lze vyrábět s méně náročným zpracováním. Zpracování kobaltu a niklu je obzvlášť náročné na uhlík. Jejich vynecháním mohou výrobci snížit emise CO₂ na kWh baterie. Theion uvádí snížení uhlíkové stopy o 2/3 u svých sirných baterií oproti Li-ion reuters.com. Síra navíc může být získávána jako odpadní produkt (prakticky nulové dodatečné uhlíkové náklady na její získání) a recyklace hliníku spotřebuje jen asi ~5 % energie oproti výrobě primárního hliníku – použití recyklovaného hliníku v bateriích by tedy výrazně snížilo jejich energetickou náročnost.
Recyklace a konec životnosti: Hliník je již jedním z nejvíce recyklovaných materiálů (vzpomeňte si na hliníkové plechovky). Existuje infrastruktura pro tavení hliníkového šrotu a jeho opětovné využití. Pokud by se hliníkové baterie staly běžnými, lze si představit, že použité hliníkové anody by byly rutinně sbírány a recyklovány s vysokou účinností – kruhová ekonomika pro bateriový kov. Síra může být v kontextu baterií obtížnější recyklovat přímo z článků (zejména pokud je vázána ve sloučeninách), ale protože je levná a netoxická, i když skončí na skládce, není tak velkým ekologickým rizikem jako například olovo nebo kadmium ve starších bateriích. Výzkumníci mohou najít způsoby, jak síru získat zpět nebo přeměnit odpadní síru z baterií na užitečné chemikálie (síra se například používá i v hnojivech). Absence těžkých kovů v těchto bateriích znamená méně toxického elektroodpadu v případě nesprávné likvidace a ideálně i jednodušší zpracování ve sběrných dvorech.
Snížený dopad těžby: Těžba lithia, kobaltu a niklu má významné environmentální a sociální dopady – od spotřeby vody při těžbě lithia z roztoků, přes ničení biotopů a znečištění v okolí niklových dolů, až po dětskou práci v některých kobaltových dolech. Snížením nebo odstraněním potřeby těchto materiálů by hliníkové a sirné baterie mohly tyto tlaky zmírnit. Hliník není bez dopadů (těžba bauxitu a tavení hliníku mají své vlastní problémy, jako je odpadní červený kal a vysoká spotřeba elektřiny), ale tyto procesy jsou v mnoha zemích dobře regulovány a technologie se zlepšuje (např. inertní anody pro tavení hliníku ke snížení emisí). A opět, recyklace hliníku výrazně snižuje potřebu nové těžby. Využití síry je většinou o přepracování stávajícího vedlejšího produktu – mohlo by to ve skutečnosti vyřešit problém (obrovské zásoby síry), místo aby vytvářelo nový.
Bezpečnost a zdraví: Požáry baterií jsou problémem u lithium-iontových baterií, protože při hoření Li-ion vznikají toxické výpary a může dojít k požárům, které se těžko hasí (jak ukázaly některé incidenty s požáry elektromobilů). Nehořlavé baterie znamenají méně požárů, což je bezpečnostní výhra pro společnost. Znamená to také bezpečnější manipulaci s bateriemi při přepravě a ve sběrných dvorech. Například vyřazené elektromobily s Li-ion bateriemi představují riziko požáru při poškození; elektromobil s hliníkovo-sirnou baterií by mohl být mnohem bezpečnější na demontáž. Stejně tak v běžné spotřební elektronice – méně explodujících nebo hořících zařízení (vzpomeňte na nechvalně známé požáry baterií v telefonech) je přínosem pro veřejné zdraví i důvěru v bateriové technologie.
Čisté záložní zdroje: V místech, která jsou v současnosti závislá na dieselových generátorech pro záložní nebo vzdálené napájení (ostrovy, nouzové přístřešky, telekomunikační věže), jejich nahrazení hliníkovo-vzduchovými nebo sodíkovo-sirnými bateriemi eliminuje spalování nafty, což znamená žádné emise skleníkových plynů, žádné znečištění prachem a žádný hluk. To je přímé zlepšení životního prostředí i kvality života. Například telekomunikační věže v Indii napájené hliníkovo-vzduchovými bateriemi budou produkovat nulové místní emise, zatímco dieselové generátory přispívají ke znečištění ovzduší a emisím uhlíku.

Celkově mají hliníkové a sirné baterie potenciál demokratizovat ukládání energie – učinit jej natolik dostupným a šetrným k životnímu prostředí, že budeme moci baterie nasadit všude tam, kde je potřebujeme pro čistou energetickou budoucnost. Nebudou všelékem (pravděpodobně budeme používat směs různých bateriových technologií), ale jejich vstup na trh může snížit náklady a přinutit všechny výrobce baterií ke zlepšení udržitelnosti.

Samozřejmě, ekonomický úspěch těchto baterií není zaručen; musí prokázat, že je lze vyrábět levně a že spolehlivě fungují ve velkém měřítku. Nedávné investice a úspěchy prototypů jsou však velmi povzbudivé. Pokud uspějí, přínos nebude jen v levnějších elektromobilech nebo lepší elektronice – půjde o smysluplné snížení environmentální zátěže způsobené používáním baterií a posílení celosvětového úsilí o dekarbonizaci.

Závěr: Světlá budoucnost poháněná běžnými prvky

Hliníkové a sirné baterie, které byly dříve považovány za outsidera, se rychle blíží komerční realitě. Tyto baterie ztělesňují přesvědčivou myšlenku: použít jednoduché, hojné suroviny k řešení složitých energetických problémů. V posledních několika letech přinesl pokrok v chemii a materiálových vědách tuto myšlenku mnohem blíže k uskutečnění. Nyní máme prototypy hliník-sírových článků, které lze rychle nabít během několika minut a vydrží tisíce cyklů nature.com, lithium-sirné baterie, které dosahují energetických hustot, o kterých se před deseti lety jen snilo reuters.com, a dokonce i hliník-vzduchové systémy, které začínají reálně dodávat čistou energii evreporter.com.

Přechod od závislosti na vzácných kovech a drahých dovozech k bateriím vyrobeným z „velmi levných“ prvků, jako je Al a S, by mohl přetvořit bateriový průmysl podobně, jako křemík změnil průmysl elektroniky – umožnit masové rozšíření a snížení nákladů. Jak Sadoway vtipně poznamenal, tyto nové baterie mají „všechno, o čem byste u baterie snili: levné elektrody, dobrou bezpečnost, rychlé nabíjení, flexibilitu a dlouhou životnost“ news.stanford.edu. Stále je třeba vyřešit některé nedostatky, ale směr je jasný.

V příštích letech můžeme očekávat zprávy o pilotních nasazeních (možná solární farma v Kalifornii využívající hliník-sirné články z MIT, nebo dron poháněný Lyten Li-S baterií, který překonává rekordy ve výdrži). S rozšiřováním výroby by měly náklady dále klesat a případné zbývající technické nedostatky – ať už jde o životnost cyklů nebo provozní teplotu – budou pravděpodobně vyřešeny intenzivním výzkumem, který v současnosti probíhá po celém světě.

Pro širokou veřejnost může být dopad patrný nenápadně, ale významně: elektromobil, který je levnější a ujede dál, chytrý telefon, který vydrží nabitý celý víkend, čtvrť, která má díky baterii světlo i při výpadku sítě během bouře – a to vše s vědomím, že je to umožněno materiály běžnými jako hliníková fólie a zahradní hnojivo (síra). Celosvětová poptávka po bateriích stále roste a technologie na bázi hliníku a síry zajišťují, že tuto poptávku dokážeme uspokojit udržitelně.

Jak jeden z vědců podílejících se na vývoji těchto baterií optimisticky uvedl, „Tyto výsledky ukazují … obrovský dopad na vývoj [baterií]. Jsme o krok blíže tomu, aby se tato technologie objevila v našem každodenním životě.“ anl.gov Skutečně, budoucnost, kdy budou naše životy poháněny hliníkem a sírou – dvěma z nejnenápadnějších prvků Země – je nyní jasně na obzoru. Revoluce v oblasti ukládání energie je v plném proudu a je budována na základech běžné chemie, inovativního inženýrství a naléhavé snahy o čistší a levnější energetickou budoucnost.

Zdroje: Informace a citace v této zprávě pocházejí z nedávných důvěryhodných zdrojů, včetně recenzovaných studií, tiskových zpráv univerzit, průmyslových novinek a zpráv agentury Reuters. Klíčové odkazy zahrnují MIT News o hliníkovo-sírové baterii news.mit.edu, průlomové objevy Argonne National Lab v oblasti lithium-sírových baterií anl.gov, zpravodajství Reuters o vývoji společností Theion a Lyten reuters.com, lyten.com a rozhovory s lídry v oboru (např. generální ředitel Phinergy o výhodách hliníkovo-vzduchových baterií evreporter.com). Tyto a další citace v celém textu poskytují podrobné podpůrné důkazy pro uvedená tvrzení.