Co se tak podívat pravdě do očí?

Na počátku ledna vypukl u aljašských břehů požár na lodi převážející lithium-iontové baterie. Podařilo se ho dostat pod kontrolu, ale ukázal vážné problémy spojené s hašením nebezpečného nákladu na moři, umocňované právě rizikem li-ion baterií, jejichž samovolná vzplanutí jsou velmi obtížnou záležitostí, vzhledem k tomu, že jsou reaktivní a při nesprávném zacházení se mohou znovu vznítit. K jejich hašení se nehodí používat běžné postupy, tzn. zejména vodu, protože může reagovat s lithiem a potenciálně požár zesílit, navíc může vést k uvolňování škodlivých plynů.
Ačkoli se ví, že tyto energetické zdroje rozhodně nepatří kvůli možnosti samovznícení mezi zcela bezpečné, jsou základem pro napájení drtivé většiny spotřební elektroniky a ve větším formátu i protežované elektromobility. Ale zatímco LPG a CNG vozy mají s vjezdem do krytých garáží utrum, na vnitřních parkovištích nákupních středisek se dál vesele budují dobíjecí stanice pro elektromobily, což má při jejích osazení potenciálně rizikovými bateriemi asi stejnou logiku, jako instalovat kuřárny u stojanů benzínových čerpacích stanic.

„Vzdušné zámky“ jsou na obzoru
Média nám už léta oznamují objevy „zázračných baterií“ nové generace, prostých dosavadních problémů li-ion článků, které se dokážou dobíjet v řádu minut a jsou bezpečné, nehořlavé a neobsahují rizikové látky. Že jsou vlastně „už na dohled“ a na trhu by se mohly objevit během několika let…
Skutečnost? Přes optimistické prognózy světu stále vládnou li-ion baterie (jejichž první návrh byl vytvořen roku 1960). Na trhu se dosud žádná z těch slibných technologií v prakticky využitelné podobě neobjevila, a je vysoce pravděpodobné, že u toho ještě pěkně dlouhou dobu zůstane. Pokud by se totiž rýsovala nějaká reálná možnost tohoto typu, její tvůrci by bezpochyby dělali psí kusy, aby ji dostali na trh co nejdříve a zajistili si tak ohromný byznys ještě dříve, než splaskne současná bublina elektromobility (k čemuž se s postupným rušením dotací, jež tento segment poháněly, schyluje).
Jednou z technologií považovaných za možné řešení současných problémů jsou, tzv. Solid-State články s pevným elektrolytem, např. na bázi oxidů a sulfidů. Zde je totiž separátorem samotný elektrolyt, takže není potřeba články sério-paralelně sestavovat z jednotlivých modulů do bateriového celku, což znamená výrazné technologické usnadnění ve výrobě. Jenže to, co se podařilo v laboratorních podmínkách, zatím vzdoruje převedení do podmínek masové výroby. Například Thomas Schmaltz z Fraunhoferova Institutu v Karlsruhe na studii o Solid-State bateriích v roce 2022 uvedl, že technologie je ještě nezralá a není šance, že by se v příštích pěti letech objevily ve větším měřítku na automobilovém trhu, mj. i kvůli vysokým výrobním nákladům.
O rok dříve konstatoval i renomovaný magazín Autoweek, že většina odborníků působících v oblasti vývoje baterií neočekává, že uvidí polovodičové články v jakémkoli objemu až do konce tohoto desetiletí. Podle studie Solid-State Battery 2021 od Yole Developpement by první baterie tohoto typu mohly být k dispozici od roku 2025, ale masová výroba vozidel s nimi nezačne dříve než v roce 2030.
Také německá automobilka BMW, která rovněž pracuje na vývoji výkonnějších baterií s pevným elektrolytem, je názoru, že li-ion články v průmyslovém použití dosáhly z hlediska energetické hustoty optimálního chemického řešení a svého vrcholu, a další průlomový milník hned tak nepřijde. Baterie s tuhým elektrolytem, považované za perspektivní řešení pro budoucnost, nejsou v dohledu, jak bylo často slibováno, a nedorazí nejméně další dekádu, protože jedna věc je takovou baterii vyvinout, jiná pak zavést ji do sériové výroby.
Automobilka Fisker avizovala už v roce 2017 plán uvést v roce 2023 baterii s pevným elektrolytem, které by umožnily jejímu vozu EMotion dojezd 800 km a dobití za neuvěřitelnou jednu minutu. Ale už o čtyři roky později vývoj této technologie vzdala poté, co zjistila, že ačkoli byl projekt z 90 % hotový, zbývajících 10 % se ukázalo jako složitější než veškeré dosavadní úsilí.
„Solid-State baterie pro velkoobjemové komerční nasazení jsou vzdálené nejméně 7 let, nefungují dobře při nízkých teplotách a nelze je vyrábět ve velkém, konstatoval tehdy šéf značky Henrik Fisker.

Alternativ je dost, ale…
Na MIT pracují na vývoji hliníko-sirné baterie, k jejíž výrobě není zapotřebí lithium – používá elektrody vyrobené z mnohem dostupnějších materiálů: síry a hliníku, které jako separátor odděluje kapalná chloraluminátová sůl. Tato baterie má kromě nízkých výrobních nákladů navíc výhodu odolnosti vůči samovznícení v případě přehřátí, avšak vývoj je teprve na počátku a může trvat ještě léta.
Toyota, která také pracuje na vývoji perspektivních kapalných i polovodičových baterií, nedávno avizovala záměr komercializace své technologie pevných baterií v elektrických vozech, ale nejdříve v roce 2027/2028. Elektromobil s polovodičovou baterií by mohl dosahovat dojezd až 1200 km a dobu nabíjení 10 minut nebo méně.
Výzkumníci z univerzity Sogang v jihokorejském Soulu vyvinuli základy lithium-polymerové (li-pol) baterie s až 10násobně vyšší kapacitou oproti dnešním článkům. Dosáhli toho nahrazením obvykle používaného grafitu křemíkem, který dokáže uchovávat výrazně více energie, nicméně je poměrně rozpínavý, což může způsobit deformaci baterie a poškození komponent. Vědci tento problém vyřešili novým typem elektrolytu, který se přizpůsobuje oscilujícímu křemíku, takže baterie si zachovává svůj objem. Až potud vše skvělé – ovšem zatím jde o experiment a není známo, kdy (a zda vůbec) takový typ baterie dozraje pro sériovou výrobu.
Na křemík vsadil i izraelský start-up StoreDot, který slibuje revoluci v tomto segmentu díky novým silikonovým bateriím, podporujícím technologii rychlého nabíjení. S dostatečně výkonnými nabíjecími body by bylo možné např. elektromobil s baterií o kapacitě 50 kWh nabít z 10 na 80 % za méně než 10 minut díky tomu, že je rozdělena na více malých, separátně dobíjených modulů. Řešení s křemíkovou anodou je navíc extrémně odolné vůči přehřívání, takže ultrarychlé nabíjení lze mnohokrát opakovat krátce po sobě. Křemičité akumulátory si díky větší energetické hustotě vystačí s menší velikostí, což nabízí šanci na úspornější řešení: např. současný 80kWh akumulátor by šlo podle firmy nahradit 50kWh křemíkovým ekvivalentem, navíc o cca 200 kg lehčím, což pozitivně ovlivní dojezd i jízdní vlastnosti.
Řešení baterie s vysokým podílem křemíku XFC jsou již hotové a baterie úspěšně testovány na více než 2000 cyklů, ovšem slibované převratné parametry (podle prognózy by mohly poskytnout energii pro 160km dojezd za pouhých tři až pět minut!) avizuje firma až na letopočet 2028.

Průkopníkem může být Čína
Těmi, kdo své výsledky na poli bateriového vývoje hodlají představit nejdříve, jsou čínské automobilky – jež tak mohou zasadit zdrcující úder evropskému automobilovému průmyslu. A to dokonce už příští rok.
Například čínská Greater Bay Technology představila baterii využívající supravodiče schopné přenášet energii prakticky bez jakéhokoliv odporu, což umožňuje baterii nejen velmi rychle zahřát, ale také nabít (firma uvádí nabití z 0 na 80 % během pouhých 6 minut). Sériová výroba má být zahájena již letos, kdy by se měla nová baterie Phoenix objevit v SUV Aiona automobilky GAC. Ta mimochodem testovala už v roce 2021 toto SUV se 150kW křemičitou baterií s vysokou hustotou nabízející i v extrémním horkém prostředí kombinovaný dojezd přes 900 km.
Loni v únoru představil výrobce Hina Battery tři typy sodíkových baterií – první svého druhu u elektromobilů. Testovací vozidlo automobilky JAC založené na modelu Sehol EX10 (jde o společnou značku JAC a VW Anhui) už údajně podstupuje testy a chystá se na trh.
Do doby, kdy se některé z nových řešení objeví reálně na trhu, však budeme muset spoléhat zatím jen na vylepšení technologie li-ion článků. K nim patří třeba inovace redukující zmíněné riziko jejich požáru: speciální plast, vyvinutý korejskou LG Chem, odolá 10 minut požáru při 1000 °C a zpomalí tak zpětnou vazbu hoření li-ion baterií elektromobilů.
Další krok k optimalizaci li-ion baterií oznámil i největší světový výrobce baterií CATL. Jde o elektrolyt, který odděluje anodu od katody – běžný elektrolyt je tekutý, ovšem při ochlazení se stává viskózním, což zpomaluje tok elektronů. Elektrolyt lze zahřát extrémně rychle, takže baterie při venkovní teplotě mínus 20 stupňů může nabídnout až o polovinu vyšší kapacitu, než běžné akumulátory.
Loni uvedla firma CATL nové vysokokapacitní baterie s názvem Shenxing Superfast Charging Battery fungující na principu LFP (lithium-železo-fosfát) s velmi krátkou dobou dobíjení. Energii na 400 km by měla doplnit za 10 minut a nabídnout celkový dojezd až 700 km. Představila také polotuhou baterii s kondenzovaným elektrolytem, která oproti dnešním nejpokročilejším akumulátorům disponuje dvojnásobnou hustotou energie, takže do jednoho kilogramu její váhy se vejde 500 Wh energie, zatímco současné akumulátory se nedostanou ani na 300 Wh/kg své hmotnosti. Podle výrobce novinka využívá vysoce vodivé biomimetické kondenzované elektrolyty ke konstrukci samoadaptivní síťové struktury na úrovni mikronů, která dokáže upravovat interakční síly mezi řetězci, což zlepšuje výkon, účinnost i stabilitu a má nabízet vynikající výkon při nabíjení i vybíjení a také dobré bezpečnostní parametry.

Josef Vališka
Foto: Shetterstock, CATL

Publikováno: 22. 3. 2024 | Počet zobrazení: 84 15