Sciencemag.cz
Doporučujeme
Formování kazetových obalů, ultrazvukové svařovaní dílů obalů, stohování vrstev elektrod, vysekávání elektrod, válcové lisování, stohování za horka…
Univerzita Tomáše Bati zprovoznila linku na prototypovou výrobu baterií. Prototypová linka vznikla v rámci řešení programu Theta nazvaného „Další generace All-Solid-State Li-ion Baterií“, který podporuje Technologická agentura České republiky (TAČR).
„Život bez elektřiny si jen málokdo dokáže představit. Abychom ji měli kdykoli k dispozici, musíme ji stále odebírat z rozvodových sítí. Efektivnější variantou je vyrobenou elektřinu skladovat a spotřebovávat v době nebo na místě, kde ji potřebujeme. K tomu nám slouží energetická uložiště, v našem případě slibné lithium-iontové baterie, které jsou preferované v rámci české energetické budoucnosti,“ říká úvodem profesor Petr Sáha, prorektor pro vědu a výzkum na UTB, a dodává: „Výzkum a vývoj nových typů baterií má velmi nadstandartní dynamiku, tisíce výzkumných institucí na světě se každý den snaží najít nová a nová řešení v oblasti skladování energií.“
V průběhu projektu má vzniknout několik zásadních milníků, mezi které bezesporu patří zprovoznění linky. „Dalším důležitým krokem bude příprava jednotlivých částí baterií na nové lince. Konkrétně se jedná o přípravu elektrod s velmi dobrou elektrochemickou stabilitou a vysokou hustotou energie. Souběžně se také připravuje teplotně stabilní tuhý elektrolyt, který musí garantovat bezpečnost baterie. Všechny části pak musí být navrženy tak, aby umožňovaly tzv. scale-up, tedy rozšíření pro budoucí sériovou výrobu,“ popisuje profesor Petr Sáha, který je zároveň vedoucím skupiny Energetické a kompozitní materiály na Centru polymerních systémů.
Jedním z předpokladů úspěšného provozování linky pro přípravu prototypových baterií jsou provozní podmínky. Vyžadují čisté prostory, které má univerzita v budově U11 Univerzitního institutu certifikovány.
„Právě zde se nám podařilo linku umístit do samostatně oddělených čistých prostor. Tyto prostory jsou již používány pro výzkum zdravotnických materiálů, a proto zde můžeme navázat na dobré zkušenosti s jejich provozováním,“ upřesnil Tomáš Sáha, který má čisté prostory na Univerzitním institutu na starosti.
Aby mohla samotná příprava prototypových baterií vůbec začít, musí se nejprve připravit suroviny pro katodu, anodu a elektrolyt. Následuje zpracování připravených materiálů na lince, která se nyní skládá z 8 zařízení navazujících na sebe.
„V podstatě se jedná o procesy, které lze definovat jako formování kazetových obalů, ultrazvukové svařovaní dílů obalů, stohování vrstev elektrod, vysekávání elektrod, válcové lisování, stohování za horka, vakuové sušení a kompletace kazetové baterie pod vakuem. Tento prototyp baterie je připraven pro testování, které zahrnuje přibližně 20 parametrů,“ popisuje proces výroby baterie Haojie Fei, vědecký pracovník.
Historie výzkumu energetických materiálů ve Zlíně je relativně dlouhá. Začala na Fakultě technologické v devadesátých letech, kdy se na Centru polymerních materiálů, předchůdce současného Centra polymerních systémů, zkoumal vliv elektrického a magnetického pole na chování polymerů. Rozvoj výzkumu polymerů pro energetiku byl následně rozvíjen na Centru polymerních systémů (CPS), kde vznikla výzkumná skupina zaměřena na energetické a kompozitní materiály a technologie. „Současný tým zahrnuje 25 výzkumných pracovníků, z nichž převážnou většinu tvoří zahraniční výzkumníci. V rámci skupiny také vznikla EU-Čínská společná laboratoř pro výzkum energetických materiálů a zařízení, která byla ustanovena mezi UTB a East China University of Science and Technology v Šanghaji jako výsledek mnohaleté úspěšné spolupráce,“ dodává projektová manažerka Viera Pechancová.
Nová linka bude využívána pro celou řadu projektů. Za významný lze považovat zejména projekt Horizon 2020 StoRIES, který řeší infrastrukturní provázanost výzkumných evropských institucí zaměřených na energetický výzkum. Celkově se jedná o 64 výzkumných infrastruktur ze 17 zemí, které v rámci projektu spolupracují na výzkumu budoucího skladování energií.
Dalším projektem je spolupráce s Asociací EASE na vývoji hybridního superkapacitátoru, což je zařízení, které umožňuje extrémně rychle přijímat elektrickou energií a také velmi rychle energii vydat. Zlínská univerzita zde spolupracuje s více než 60 výzkumnými evropskými institucemi, které dle potřeby mohou linku využívat.
„Důležitý je také projekt nazvaný LiBASED, který sdružuje UTB, Slovenskou Akademii věd a Sanbaci University v Istanbulu pro řešení hybridního skladování energií. Podstatou projektu je využití výhodných vlastností baterií a kapacitátorů, které konstrukčním propojením mohou nabídnout lehká mobilní uložiště energií,“ dodává Viera Pechancová.
Výzkumný tým pracuje i na dalších energetických tématech, mezi kterými jsou ceněny zejména připravované projekty zaměřené na sociálně-ekonomické aspekty skladování energií a tématiku zelených baterií. „Tento typ baterií je připraven z materiálů, které nebudou po skončení životnosti škodit přírodě. Nyní zkoumáme možnosti uplatnění přírodních polymerů např. chitosanu, který se ukazuje jako dobrá volba do budoucnosti,“ říká mluvčí UTB Petra Svěráková.
Zajímavá jsou také připravovaná kooperační témata. S Centrem výzkumu obouvání se spolupracuje na využití odpadních chromo-činěných usní pro přípravu energetických materiálů. Se slovenskými kolegy běží příprava prototypů nových elektrochemických senzorových elektrod, které mohou detekovat rychle a přesně inzulin a glukózu. To může být dobrou zprávou pro diabetické pacienty.
