Lithium, to není jen elektromobilita

V souvislosti s elektromobilitou se lithium skloňuje ve všech pádech.  Přitom jeho využití je i v dalších průmyslových oborech, ale také například v lékařství. Následující text je převzat z knihy prof. Miroslava Raaba Materiály a člověk, kterou vydala Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně v roce 2020.

V roce druhého vydání této knihy (2019) se z prvku lithium stala doslova mediální hvězda. Také proto, že se jeho významné zásoby vyskytují v České republice. Proto si nyní tento prvek zaslouží samostatný odstavec. A začněme jako ve škole:

Alkalický kov lithium je v periodické soustavě prvků umístěn vlevo nahoře, hned pod vodíkem, tedy v první skupině a druhé periodě. Z hlediska materiálové vědy je významná jeho velmi malá hustota, jen 534 kg/m^3.  Jeho podíl ve slitinách s hliníkem je proto ještě dále odlehčuje, jak je už uvedeno v odstavci o hliníku. Malý podíl lithia přitom nemá nepříznivý vliv na mechanické vlastnosti slitiny.

Lithium objevil v roce 1817 Johan August Arfwedson (1792-1841) v minerálu petalit, nalezeném v roce 1800. Název tohoto prvku navrhl Berzelius odvozením z řeckého lithos (kámen), protože bylo ponejprv získáno právě z anorganického minerálu.

Od devadesátých let dvacátého století význam lithia vzrostl v souvislosti s jeho využitím v akumulátorech a bateriích. Proto se začaly zkoumat a posuzovat jeho zdroje. Zajímavé zásoby lithiových rud jsou i v severozápadních Čechách, zejména pod městem Cínovec. Česká republika má v této oblasti páté největší zásoby lithia na světě. Celosvětově významnější jsou ale nepochybně velká ložiska lithia v Chile.

Pokud jde o lithiové elektrické články, je třeba rozlišovat primární lithiové baterie, v nichž slouží kovové lithium jako anoda, a sekundární lithium-iontové akumulátory.

Lithium-iontové baterie (akumulátory), zkráceně LIB, se dají mnohonásobně nabíjet. V nich jsou lithiové ionty vloženy (interkalovány) do materiálu elektrody. Tento typ akumulátorů má perspektivy jednak pro elektromobily, ale také pro velká úložiště energie. Ta by mohla vyrovnávat nestálé ekologické zdroje energie, jako jsou větrné elektrárny. Bateriová úložiště už pomáhají vyrovnávat výkyvy sítě v Jižní Austrálii. U nás postavila firma E.ON úložiště elektrické energie v Mýdlovarech.  Jeho kapacita by mohla dosáhnout až 10 MWh.

V době tohoto druhého vydání knihy se však zdá, že počáteční lithiový boom lithiových baterií opět klesá. Mnozí experti dávají skladování energie ve formě syntetického lihu nebo vodíku větší budoucnost. Tento způsob umožňuje energii skladovat v podstatě po neomezenou dobu a snadno ji uvolnit jednoduchým a ekologickým spálením.

Po roce 2000 se lithium podílelo na tiché materiálové revoluci: Došlo k nečekanému návratu lehkých hliníkových slitin s obsahem lithia do konstrukce velkých letadel. Do té doby se zdálo, že kompozity s uhlíkovými vlákny je už překonaly. Letadla Boeing 787 Dreamliner a Airbus A350 jsou dnes skutečně tvořena asi z 50 % uhlíkovými kompozity. Experti ještě před několika lety předpokládali, že podíl kompozitů na konstrukci podobných letadel ještě dále poroste. Teď se ukazuje, že se mýlili. Nejnovější Boeing 777-9 bude mít sice křídla z uhlíkového kompozitu, ale trup bude překvapivě z lehkých kovových slitin. Příčinou je právě vývoj třetí generace slitin hliník-lithium. (Obsahují také příměsi mědi, hořčíku nebo i zinku). Mají optimální poměr mezi pevností a houževnatostí a výrazně zlepšenou spolehlivost. Vzhledem ke kompozitům jsou levnější a usnadňují údržbu letounu. Jistě zde hraje roli také ekologické hledisko, totiž poměrně jednoduchá materiálová recyklace kovových slitin. A tak je lithium znovu ve hře jako důležitý konstrukční kov. (3.9.2023)