Baterie jsou alfou a omegou elektromobilů, jejich nejdůležitější a také nejdražší součástí. Mají vliv na hmotnost a prostornost auta, jeho dojezd i dobu dobíjení. A samozřejmě také na cenu. Konkurenční boj sílí, neboť takto lze získat nezanedbatelnou konkurenční výhodu.
Výrobci usilovně hledají převratné materiály a technologie, které by zajistily kratší čas nabíjení a vyšší hustotu energie v bateriích. V hledáčku jsou navíc lacinější a dostupnější materiály, než je stále dražší lithium a další drahé kovy.
Čína v čele pelotonu
Současným standardem u elektromobilů jsou lithium-iontové trakční akumulátory. Ty za uplynulou dekádu udělaly velký pokrok. Jsou stále efektivnější a jejich cena za tu dobu klesla téměř o devadesát procent. Přesto stále tvoří největší část ceny nových elektromobilů, které i kvůli tomu dosud nejsou rentabilní.
Zatímco v případě spalovacích motorů měla dlouhodobě výrazně navrch Evropa, USA a později Japonsko, tak v případě trakčních akumulátorů jede v čele Asie, zejména Čína a Jižní Korea. Řada nových patentů a výrobců dnes pochází právě z někdejší říše středu, která má pod kontrolou dodávky téměř pro všechny součásti baterií (čtěte víc).
Velké světové automobilky proto investují přímo do čínských výrobců, aby si zajistily dodávky v budoucnosti, a tento trend tedy vlastně ještě posilují. Konkurenční boj sílí a naskakování do plně rozjetého vlaku by se již nemuselo podařit. Nedostatkové čipy jsou toho nejlepším důkazem.
Továrny na baterie v Číně mají mít do roku 2025 maximální výrobní kapacitu přibližně 1,1 terawatthodiny za rok, tedy téměř dvojnásobek kapacity zbytku světa.
V září začne čínská automobilka GAC vyrábět elektromobil Aion V s grafenovými bateriemi, které se ve špičkové verzi 6C zvládnou nabít z 0 na 80 % za 8 minut.
Lithium-iontové akumulátory tedy před sebou mají ještě dlouhou budoucnost, již se ale rodí nové, vyspělejší baterie, které umožní průlom v této oblasti. A přišli s nimi Číňané.
Společnost GAC oznámila, že již v září začne vyrábět automobil s přelomovou špičkovou grafenovou baterií, která má nabídnout dlouhý dojezd a ultrarychlé nabíjení se zázračnými schopnostmi. Firma CATL pro změnu oznámila levnou sodíko-iontovou baterii. A další firmy pracují na akumulátorech s pevným elektrolytem, které mají vyšší hustotu energie než Li-ion baterie. Například Toyota by je chtěla nabízet ve svých vozech již za dva roky.
Elektrický fičák
Pozdvižení nejen v autobranži, ale i u výrobců elektroniky obecně vyvolalo oznámení čínské společnosti GAC (Guangzhou Automobile Corporation), že v září začne vyrábět elektromobil Aion v s grafenovými bateriemi, které se ve špičkové verzi 6C zvládnou nabít z 0 na 80 procent za 8 minut a v provedení 3C za 16 minut.
Baterie se nabíjejí tak rychle, že se v podstatě jedná o jakýsi superkondenzátor. Číňané slibují dojezd až 1 000 kilometrů, u slabší pak 500 kilometrů. S nejvyšší pravděpodobností se jedná o údaj podle normy NEDC, tedy méně realistický než WLTP, ale i tak jsou to hezká čísla. Výkon elektromotoru u špičkové verze bude 150 kilowattů.
Grafen je supertenká, pouze jeden atom tlustá forma uhlíku, strukturou podobná grafitu. Je mnohem tenčí než papír, ale přitom je až dvěstěkrát pevnější než ocel.
Čínský koncern GAC se již loni pochlubil patentem na levnou výrobu baterií z grafenu, letos v lednu oznámil, že má baterii kompletně vyvinutou a po nedávných úspěšných testech v náročných podmínkách jeho zástupci v rámci takzvaného Aion Technology Day koncem července ukázali baterii v praxi.
Ještě při 80procentní kapacitě šlo nabíjet obřím výkonem 481 kilowattů. Pro tento čínský elektromobil jsou tedy i ty nejrychlejší dobíjecí stanice z evropské sítě Ionity s maximem 350 kilowattů pomalé. I v Číně bude zatím problém využít plného nabíjecího výkonu. Superrychlé nabíječky značky GAC Aion pro rekordně krátké nabíjení se mají teprve začít stavět. Zatím první s občerstvovacím salonkem byla otevřena v dubnu na letišti Shanghai Hongqiao. Do roku 2025 má být v celé Číně vybudováno víc než dva tisíce lokalit pokrývajících tři sta měst.
Vývojáři GAC tvrdí, že takto rychlé nabíjení nebude mít negativní dopad na životnost baterie. Ta je údajně v ideálních podmínkách jeden milion kilometrů. Dosavadní zkušenosti s bateriemi však nabádají k obezřetnosti. Uvidíme, jak bude vypadat realita.
Grafen do každé rodiny
Grafen je supertenká, pouze jeden atom tlustá forma uhlíku, strukturou podobná grafitu. Je mnohem tenčí než papír, ale přitom je až dvěstěkrát pevnější než ocel. Ve srovnání s nejlepšími dnešními Li-ion bateriemi má grafenová baterie pětkrát větší hustotu energie (cca 280 Wh/kg).
Zázračný grafen je i velmi lehký – jeden metr čtvereční váží jen 0,77 miligramu. Tento materiál je velmi účinným vodičem elektrického proudu a tepla. Je stabilní, ale také pružný a flexibilní. Baterie s grafenem navíc nepotřebuje žádné vzácné prvky a nemá problémy ani s příliš vysokými teplotami. Protože se jedná o součást uhlíku, který se nachází v přírodě, jeho použití je tedy oproti lithiu ekologické. To zní téměř jako rajská hudba.
Díky dvoudimenzionální struktuře, ve které jsou atomy uhlíku pospojovány do tvaru včelího úlu, disponuje grafen zajímavými vlastnostmi, které se dají využít v řadě průmyslových odvětví. Například pro elektroniku, senzory, displeje, uskladnění energie, ale může být využit i v potravinářství či ve sportovních potřebách. Zcela jistě grafen ovlivní také vývoj mobilních telefonů. Například Huawei si patentoval funkční grafen, který mu pomůže s účinnějším chlazením telefonů.
Vrstvy uhlíku o tloušťce jednoho atomu navíc mohou absorbovat rány, které by prorazily ocel. Grafen také funguje dvakrát lépe než tkanina, která se používá v neprůstřelných vestách. Baterie z tohoto materiálu mohou být tak malé, že by je bylo možné všít do oblečení nebo dokonce umístit pod kůži.
V automobilovém průmyslu jako první použil grafen britský malosériový výrobce BAC pro zadní blatníky jednomístného modelu Mono. Jednalo se však jen o marketingovou záležitost.
V automobilovém průmyslu jako první použil grafen britský malosériový výrobce BAC pro zadní blatníky svého jednomístného modelu Mono.
Grafen objevili v roce 2004 vědci ruského původu Andre Geim a Konstantin Novoselov, kteří působí na univerzitě v Manchesteru. O šest let později za to obdrželi Nobelovu cenu za fyziku. Na bateriích s grafenem ale pracují i jiní. Například australská společnost Graphene Manufacturing Group (GMG) z Brisbane plánuje začít vyrábět do tří let pro auta grafen-hliník-iontové baterie.
A nyní vyzkoušíme, jak reaguje sodík
Trochu jinou cestou se rozhodla jít společnost CATL, světový lídr v oblasti baterií, která pro změnu vyvinula baterii nahrazující lithium sodíkem. Její energetická hustota je sice zatím jen 160 až 200 Wh/kg, což zaostává za 250 až 300 Wh/kg nejlepších současných lithiových baterií pro elektromobily, je ale mnohem levnější. Na-ion baterie je také méně nebezpečná v případě požáru, což rozhodně není nezanedbatelná vlastnost. To zní velmi dobře, ještě prý ale bude třeba zapracovat na zmenšení článků. CATL přitom počítá s tím, že v takzvaném battery-packu se budou sodíko-iontové baterie rovněž kombinovat s lithium-iontovými články tak, aby se zúročily výhody obou řešení.
Zatímco cena lithium-iontové baterie se pohybuje někde mezi 100 a 137 dolary za kilowatthodinu, Číňané uvádějí, že u nové sodíko-iontové technologie to má být jen necelých 40 dolarů. Oproti Li-ion akumulátorům má baterie společnosti CATL, která spolupracuje třeba s automobilkami Hyundai a Tesla, poskytnout lepší termické vlastnosti a nabít na 80 procent kapacity ji bude možné již za 15 minut. Zda je to opravdu realita, se ale dozvíme až v roce 2023.
Rychlost „tankování“ zajistí i výměnné baterie
Další možnost, jak dosáhnout rychlého „natankování“ energie na dlouhou vzdálenost, ukazuje čínská automobilka Nio. Ta se stejně jako GAC pyšní 1 000 kilometry čistě elektrického dojezdu, a to u top verze svého modelu Nio ET7 se 150kWh baterií s pevným elektrolytem. Se 70kWh akumulátorem je pak dojezd minimálně 500 kilometrů a se 100kWh baterií se akční rádius pohybuje na úrovni 700 kilometrů. Stejná technologie baterií bude k dispozici také pro tři SUV Nio, ES8 zvládne 850 kilometrů, ES6 pak 900 kilometrů a EC6 ještě o deset kilometrů víc.
Značka Nio ale na to jde jinak než další automobilky. Baterie se nedobíjejí, ale vyměňují ve swapovacích stanicích za plně nabité. Celý proces probíhá plně autonomně a netrvá déle než pět minut. Tankování voltů je tak stejně rychlé jako čerpání spalovacích aut na benzinkách. Tak snad se něčeho podobného také někdy dočkáme.
