Článek
Lithium-iontové baterie se staly nepostradatelnou součástí moderního života. Pohání naše mobilní telefony, notebooky, elektroniku a především se stávají klíčovou technologií pro elektromobily a systémy pro ukládání energie z obnovitelných zdrojů. Jejich vysoká energetická hustota – schopnost uchovat velké množství energie v relativně malém objemu a hmotnosti – je činí ideálními pro aplikace, kde je důležitá dojezdová vzdálenost nebo dlouhá doba provozu. S rostoucím rozšířením lithium-iontových baterií, zejména v dopravě a energetice, však na důležitosti nabývá i otázka jejich bezpečnosti. Přestože incidenty jsou relativně vzácné v porovnání s počtem používaných baterií, zprávy o požárech elektromobilů nebo incidentech u velkých skladovacích systémů vyvolávají obavy a zdůrazňují potřebu neustálého zlepšování bezpečnostních standardů.
Hlavním bezpečnostním rizikem spojeným s lithium-iontovými bateriemi je jev známý jako tepelný únik (thermal runaway). K němu může dojít v důsledku různých faktorů, jako je mechanické poškození (proražení, rozdrcení), přebíjení, přehřívání, vnitřní zkraty nebo výrobní vady. Tepelný únik je v podstatě nekontrolovatelná řetězová reakce, při níž se v jedné části bateriového článku začne rapidně zvyšovat teplota. Toto lokální přehřátí vede k rozkladu materiálů uvnitř článku (elektrolytu, separátoru, elektrod), což uvolňuje další teplo a hořlavé plyny. Uvolněné teplo dále zvyšuje teplotu v okolí, což může iniciovat tepelný únik v sousedních článech bateriového modulu nebo celého paketu. Proces se šíří a může vést k požáru nebo dokonce explozi baterie.
Požáry způsobené tepelným únikem lithium-iontových baterií jsou obzvlášť nebezpečné, protože je velmi obtížné je uhasit tradičními metodami. Hořlavé plyny a materiály uvnitř baterie se neustále uvolňují a hoří, dokud se nevyčerpá „palivo“ nebo dokud se požár nezastaví masivním chlazením, které zabrání šíření tepelného úniku na další články. Incidenty s požáry baterií v elektromobilech nebo velkých stacionárních systémech proto představují vážné riziko pro majetek i pro životy.
Průmysl i regulační orgány si jsou těchto rizik vědomy a existují různé bezpečnostní standardy a testy pro baterie a bateriové systémy. Tyto standardy se zaměřují na prevenci tepelného úniku (např. ochrana proti přebíjení a přehřívání pomocí systémů řízení baterie - BMS, mechanická odolnost) a na zvládání jeho následků (např. požadavky na větrání uvolněných plynů, materiály zpomalující šíření ohně v rámci bateriového paketu). Cílem stávajících standardů je minimalizovat riziko a omezit škody v případě incidentu.
Ambicí předního světového výrobce baterií, společnosti CATL, je posunout bezpečnost na zcela novou úroveň. Společnost, která hraje klíčovou roli na globálním trhu s bateriemi pro elektromobily a skladování energie, oznámila vývoj a zavedení nového, interního standardu pro své baterie s ambiciózním názvem „žádný oheň, žádná exploze“ (no fire, no explosion). Tímto standardem se CATL zavazuje, že baterie splňující tento standard nezačnou hořet ani nevybuchnou i po podrobení se extrémním testům, které simulují vážné poruchy a nehody.
Standard „žádný oheň, žádná exploze“ jde zřejmě nad rámec některých stávajících průmyslových norem, které mohou připouštět například kontrolované odvětrání plynů z článku bez okamžitého šíření ohně. Nový standard společnosti CATL klade zřejmě ještě přísnější požadavky na to, co se smí stát (nebo spíše nesmí stát) s baterií i v případě kritického selhání. Podle informací spojených s oznámením tohoto standardu se testy, kterým jsou baterie podrobovány, zahrnují například:
- Test proražení hřebíkem: Simuluje situaci, kdy ostrý předmět pronikne bateriovým článkem, což může způsobit vnitřní zkrat a iniciovat tepelný únik. V tomto testu nesmí dojít k požáru ani explozi.
- Test přebíjení: Simuluje poruchu systému řízení baterie, kdy je článek nebo modul nabíjen nad rámec své kapacity. Přebíjení může vést k přehřátí a rozkladu materiálu.
- Test přehřívání: Baterie je vystavena vysokým teplotám, které simulují například požár v okolí vozidla. Baterie nesmí v důsledku externího tepla iniciovat vlastní požár nebo explozi.
- Test fyzického rozdrcení nebo nárazu: Simuluje vážnou nehodu, při níž dojde k deformaci nebo poškození bateriového paketu. I v takovém případě musí baterie zůstat stabilní a bez požáru.
Pro dosažení takto vysokého bezpečnostního standardu společnost CATL zřejmě využívá kombinaci několika technologických přístupů. Mezi ty klíčové patří:
- Vylepšená chemie článků: Vývoj a použití stabilnějších katodových a anodových materiálů a bezpečnějších elektrolytů, které jsou méně náchylné k tepelnému rozkladu při vysokých teplotách.
- Optimalizovaný design článků a modulů: Zahrnuje lepší oddělení elektrod pomocí robustnějších a teplotně odolnějších separátorů, které zabrání vnitřním zkratům. Dále pak design, který minimalizuje šíření tepla z případně selhávajícího článku na sousední články (např. pomocí tepelných bariér nebo chladicích prvků).
- Pokročilý systém řízení baterie (BMS): Inteligentní elektronika, která neustále monitoruje stav každého článku (napětí, teplota) a dokáže včas detekovat anomálie a zasáhnout (např. odpojením článku, omezením nabíjení/vybíjení), aby zabránila rozvoji tepelného úniku.
- Efektivní termální management: Systémy chlazení a v případě potřeby i ohřevu baterie, které udržují články v optimálním teplotním rozmezí a dokáží rychle odvést případné přebytečné teplo.
- Materiály a struktury potlačující oheň: Integrace materiálů do konstrukce bateriového paketu, které jsou nehořlavé nebo dokáží účinně potlačit vznikající plameny a absorbovat teplo.
Zavedení standardu „žádný oheň, žádná exploze“ společností CATL má potenciálně obrovský dopad na celý průmysl baterií a na širší zavádění technologií, které jsou na bateriích závislé.
- Elektromobilita: Pro spotřebitele je bezpečnost elektromobilů klíčovým faktorem při rozhodování o jejich pořízení. Standard "žádný oheň, žádná exploze" by mohl výrazně zvýšit důvěru veřejnosti v bezpečnost bateriových vozidel a odstranit jeden z hlavních psychologických bariér jejich širšího přijetí. Zvýšená bezpečnost by také mohla otevřít dveře k designům s vyšší energetickou hustotou nebo k rychlejšímu nabíjení, kde byla dříve bezpečnost omezujícím faktorem.
- Skladování energie: Pro energetické společnosti a provozovatele sítě je bezpečnost velkých bateriových skladovacích systémů naprosto zásadní. Incidenty u těchto systémů mohou způsobit obrovské škody. Standard "žádný oheň, žádná exploze" by mohl učinit tyto systémy bezpečnějšími a atraktivnějšími pro investice, což je klíčové pro integraci nestabilních obnovitelných zdrojů energie, jako je solární a větrná energie, do rozvodné sítě.
Společnost CATL je jedním z gigantů v oboru, s významným podílem na globálním trhu. Zavedení takto přísného standardu ze strany tak vlivného hráče by mohlo vyvinout tlak na ostatní výrobce baterií, aby se svými produkty dosáhli srovnatelné úrovně bezpečnosti. Mohlo by to vést ke zvýšení celkových bezpečnostních standardů v celém odvětví a k urychlení vývoje bezpečnějších bateriových technologií.
Je důležité poznamenat, že v současnosti se jedná o standard vyvinutý a zavedený samotnou společností CATL. Není to mezinárodní nebo národní legislativně závazná norma (i když v budoucnu by se z něj mohla vyvinout nebo k němu mohly směřovat oficiální regulace). Přesto má takový „interní“ standard od předního výrobce velkou váhu a může se stát de facto referencí pro kvalitu a bezpečnost na trhu.
Vývoj baterií je neustálým hledáním optimálního kompromisu mezi energetickou hustotou (kolik energie baterie pojme), výkonem (jak rychle ji dokáže dodat), životností (kolik nabíjecích cyklů vydrží), náklady a bezpečností. Zvýšení bezpečnosti často vyžaduje určité kompromisy v jiných parametrech (např. použití stabilnějších, ale méně energeticky hustých materiálů nebo přidání dalších bezpečnostních prvků zvyšujících hmotnost či objem). Cílem výzkumu a vývoje, jako je ten, který vedl ke standardu CATL, je minimalizovat tyto kompromisy a dosáhnout maximální možné bezpečnosti při zachování konkurenceschopných výkonnostních parametrů.
Standard „žádný oheň, žádná exploze“ od společnosti CATL představuje významný milník v oblasti bezpečnosti lithium-iontových baterií. Je to důkaz, že průmysl bere vážně obavy z požárů a explozí a aktivně vyvíjí technologie k jejich eliminaci. Úspěšné zavedení a široké přijetí tohoto standardu by mohlo mít zásadní vliv na důvěru spotřebitelů a na další masivní rozvoj elektromobility a technologií skladování energie, které jsou klíčové pro přechod k udržitelnější budoucnosti. Je to připomínka toho, že inovace v oblasti základních technologií, jako jsou baterie, mají obrovský potenciál měnit svět.
