Druhotné využití baterií pro ukládání energie v rámci cirkulární ekonomiky

Abstract

Diplomová práce se zabývá možnostmi druhotného využití lithium-iontových baterií (Li-ion) z elektromobilů pro stacionární systémy ukládání energie (ESS) v kontextu cirkulární ekonomiky. Pozornost je věnována zejména technickým, ekonomickým a environmentálním aspektům repurposingu baterií po ukončení jejich primární životnosti v elektromobilech, včetně problematiky degradace, diagnostiky stavu zdraví (SoH) a odhadu zbývající životnosti (RUL). Teoretická část dále zohledňuje aktuální legislativní rámec, včetně evropského nařízení EU 2023/1542 a konceptu battery passport. Praktická část vychází z analýzy kapacitních zkoušek 48 bateriových modulů, které byly porovnány s referenčními měřeními na nových LiFePO₄ článcích. Na základě naměřených dat byla navržena metodika třídění (tiering) modulů podle jejich SoH a vzájemné variability. Výsledky ukazují, že většina testovaných modulů dosahuje SoH v rozmezí přibližně 88–93 % a je vhodná pro další využití ve stacionárních aplikacích, zatímco výrazně degradované moduly představují z hlediska provozu i ekonomiky omezení. Součástí práce je návrh malého ostrovního energetického systému s fotovoltaickým zdrojem, včetně orientačního ekonomického vyhodnocení pomocí ukazatele LCOE. Výsledky naznačují, že při vhodném provozním režimu a nízkých pořizovacích nákladech může být druhotné využití baterií technicky realizovatelné a představovat smysluplné doplnění k recyklaci z hlediska udržitelnosti.

This thesis deals with the possibilities of second-life use of lithium-ion (Li-ion) batteries from electric vehicles in stationary energy storage systems (ESS) within the context of the circular economy. The focus is placed primarily on the technical, economic, and environmental aspects of battery repurposing after the end of their primary use in electric vehicles, including battery degradation, state of health (SoH) diagnostics, and remaining useful life (RUL) estimation. The theoretical part also reflects the current legislative framework, including the European regulation EU 2023/1542 and the concept of the battery passport. The practical part is based on the analysis of capacity tests of 48 battery modules, which were compared with reference measurements performed on new LiFePO₄ cells. Based on the measured data, a methodology for classifying (tiering) the modules according to their SoH and mutual variability was proposed. The results show that the majority of the tested modules achieve a SoH in the range of approximately 88–93% and are suitable for further use in stationary applications, while significantly degraded modules represent limitations from both operational and economic perspectives. The thesis also includes the design of a small off-grid energy system with a photovoltaic source, together with an indicative economic evaluation using the LCOE metric. The results suggest that, under appropriate operating conditions and low acquisition costs, second-life battery use can be technically feasible and may represent a meaningful complement to recycling from a sustainability perspective.