Aký je súčasný stav lítiovo-iónových batérií?
V Európe sa v elektrických autách používajú len dve chemické technológie článkov: NMC alebo LFP. Tieto dve technológie však nemajú rovnaké vlastnosti - a najmä nemajú rovnakú cenu. Písmená NMC znamenajú nikel, mangán a kobalt. Zmes týchto kovov spolu s hlavnou zložkou, ktorou je lítium, tvorí katódu v batériovom článku.
Články NMC majú veľmi dobrú energetickú hustotu. To znamená väčší dojazd na menší objem akumulátora. A sú veľmi výkonné. Dokážu dodať rýchlo a veľa energie elektromotoru, napríklad pri zrýchľovaní, a veľa absorbovať, hlavne pri rýchlom nabíjaní. Optimálne však fungujú len pri príjemnej teplote, ktorej rozsah nie je veľmi široký. Preto sa články musia chladiť alebo vyhrievať nákladnými zariadeniami. A to stojí peniaze. Z tohto dôvodu sú články NMC relatívne drahé.
Pri batériových článkoch LFP je to iné, a to pre použité kovy. Skratka znamená lítium a fosfát železa. Nie je tu žiadny drahý nikel. A nie je tu ani kobalt. Ten sa niekedy ťaží v hrozných pracovných podmienkach a mnohé automobilky sa preto snažia redukovať jeho používanie. Okrem toho sú články LFP robustné. Ich životnosť je vysoká a riziko tepelného úniku (z angl. thermal runaway), teda vznietenia s následným požiarom, ktorý sa veľmi ťažko hasí, je v porovnaní s článkami NMC veľmi nízke.
Nabíjanie v mrazivých podmienkach je na druhej strane problém. Ak je veľmi chladno, nabíjací prúd sa musí najprv použiť na zahriatie batérie, aby sa mohol nabíjací cyklus skutočne rozbehnúť. Keďže aj hustota energie je o dosť nižšia ako pri NMC a dojazd je kratší, články LFP sa používajú prakticky len v základných verziách elektromobilov. Ak si kúpite Teslu Model 3 alebo Model Y s pohonom zadných kolies, dostanete akumulátor typu LFP.
Podobne je to s modelom MG4 Electric. A Volkswagen bude v roku 2025 ponúkať aj základnú verziu ID.2, akési elektrické Polo, len s článkami LFP. Pri výbere medzi NMC a LFP je dôležité zvážiť vlastnosti, ktoré sú pre daného používateľa kľúčové - či ide o dojazd, výkon, alebo cenu. V blízkej budúcnosti sa objavia nové technológie článkov, ktoré môžu mať lepšie vlastnosti a môžu byť aj cenovo prístupnejšie.
Prečo prichádzajú sodíkovo-iónové články?
Sodík môže v batériových článkoch nahradiť lítium. Má to mnoho výhod. Najdôležitejšou je cena. Elektromobily sú dnes príliš drahé na masové rozšírenie, a to práve pre batériu (pozri časť o cene lítia). Na kilowatthodinu energetického obsahu stoja dobré NMC články v súčasnosti 164 amerických dolárov, uvádza profesor Markus Hölzle z Centra pre výskum solárnej energie a vodíka (ZSW) v Ulme.
Cena článkov LFP je 133 dolárov. Sodíkovo-iónové články stoja len 90 dolárov. Okrem toho sodík je ľahko dostupný.
Prvé elektromobily so sodíkovo-iónovými batériami budú na trhu už tento rok, nie však v Európe, ale v Číne.
Ešte horšia energetická hustota tohto chemického zloženia článkov však znižuje dojazd. Aspoň že životnosť je vysoká, čo kupujúcich s malým rozpočtom určite mimoriadne poteší.
To, ako sa táto chémia článkov rozšíri, závisí od jej skutočných vlastností v elektromobiloch.
Otázka znie: Dokážu sodíkové batérie skutočne splniť to, čo sľubujú, aj v bežnej každodennej prevádzke?
Ako pokračuje vývoj lítiovo-iónových akumulátorov?
Na trhu budú naďalej dominovať články NMC a LFP, ale mix článkov NMC sa mení, používa sa viac niklu a menej kobaltu.
Skutočné zlepšenie v batériových článkoch sa netýka katódy, ale skôr druhého pólu, anódy. Dnes sa grafit používa takmer všade, osvedčil sa. Batériu však robí ťažkou a brzdí výkon nabíjania.
Preto sa do grafitu pridáva kremík (od modelu Porsche Taycan). Podiel kremíka sa zatiaľ pohybuje v jednociferných percentách, ale v priebehu desaťročia sa bude postupne zvyšovať.
Výsledkom bude výrazne rýchlejšie nabíjanie a vyššia hustota energie.
Rozvoj nových materiálov pre anódu batérií predstavuje veľkú výzvu pre výskumníkov, ktorí sa snažia nahradiť grafitovú anódu inými materiálmi, ktoré majú vyššiu kapacitu a sú ľahšie. Medzi týmito materiálmi sa najviac diskutuje o kremíkových a kremíkovo-oxidových nanovláknach.
Čo sú polovodičové akumulátory?
Už roky sa považujú za veľký skok vo vývoji batérií. Polovodičové batérie používajú pevné elektródy a pevné elektrolyty. To znamená, že elektrolytom nie je kvapalina, ale látka v pevnom skupenstve. Pevný elektrolyt nie je horľavý. Zvláštnosťou takzvaných pevnolátkových batérií je anóda z čistého kovového lítia. Výsledkom je článok s najlepšou hustotou energie. Či a kedy sa budú polovodičové batérie skutočne používať vo veľkom meradle, sa ešte len ukáže. Dôvodom je konkurencia: konvenčné články s vysokým obsahom kremíka na grafitovej anóde sa svojimi vlastnosťami priblížia polovodičovým článkom. Mnohí výrobcovia sľubujú, že polovodičové batérie budú čoskoro používať. Často však ide len o takzvané polotuhé elektrolyty bez čistého lítia. Takéto články nemajú extrémne vysokú hustotu energie ako skutočné polovodičové články. Zatiaľ zostáva neisté, či sa polovodičové batérie skutočne stanú bežným prvkom v automobilovom priemysle.
Aký tvar batérie je najlepší?
Batériové články môžu byť okrúhle (valcové), v tvare plochej škatule (hranaté) alebo obklopené pružným puzdrom (vrecúško). Nedá sa povedať, ktorý tvar článku je najlepší, pretože zatiaľ žiadny jednoznačne neprevážil nad ostatnými. Najznámejší je okrúhly článok, ktorý už každý z nás použil v nejakom elektrickom zariadení. Pre Teslu kedysi znamenal prelom. Dnes sa k tomu žiadna automobilka dogmaticky nevyjadruje. Napríklad BMW bude vo svojej novej triede (od roku 2025) používať okrúhle články od dodávateľa EVE. Napriek tomu sa v súčasných elektromobiloch väčšinou používajú prizmatické články alebo vrecúškové články. Prizmatické články možno vďaka ich škatuľovému tvaru mimoriadne úsporne integrovať do skrine medzi nápravami. Volkswagen si tento formát zvolil pre pripravovaný jednotkový článok. Jedným z prizmatických článkov je batéria Blade od spoločnosti BYD. Číňania vyrábajú batérie aj automobily. BYD používa dlhé ploché a úzke články s chemickým zložením LFP. Je dôležité, aby výrobcovia vylepšovali nielen samotné batérie, ale aj ich formu a umiestnenie v automobile, aby elektrické vozidlá boli ešte efektívnejšie a praktickejšie pre používateľov. V budúcnosti sa očakáva, že sa budú čoraz viac využívať prizmatické a vrecúškové batérie, pretože sa ukázalo, že môžu mať výhody vzhľadom na svoju integrovateľnosť a dizajn.
Aký dôležitý je systém batérie?
Bez ohľadu na chemické zloženie a formát sa jednotlivé články spájajú do batériového systému. Tento batériový systém je rozhodujúci pre skutočný dojazd a výkon elektromobilu. Články sa riadia prostredníctvom softvéru. Pre každodenný výkon je dôležité aj vykurovanie a chladenie. Najznámejšie batériové systémy v súčasnosti pochádzajú od svetového lídra na trhu, čínskych výrobcov CATL a BYD. CATL v súčasnosti predstavuje batériu Qilin. Tento systém je určený pre články NMC aj LFP. Chladenie je také dobré, že čas nabíjania z 10 na 80 percent je údajne len desať minút. Na porovnanie, najrýchlejšie sa nabíjajúce sériové vozidlá, ktoré sú v súčasnosti k dispozícii, pochádzajú od spoločnosti Hyundai a trvá im to približne 18 minút. Na druhej strane, batéria Blade spoločnosti BYD priviedla základný princíp do extrému: málo obalu, veľa aktívneho materiálu. Články sa nevkladajú do krytu, ale samotný článok je súčasťou podlahy auta. Toto sa nazýva cell-to-body.
Cell-to-pack a cell-to-body sú dve rôzne riešenia batériového systému. V prípade cell-to-pack (CTP) sa viacero batériových článkov spojí priamo s riadiacou jednotkou batérie bez potreby použiť externý obal. To znamená, že batérie sa môžu rovno integrovať do vozidla bez nutnosti ďalších modulov, čo zjednodušuje a zlacňuje výrobu. CTP môže zlepšiť výkon vďaka redukcii hmotnosti a objemu. V prípade cell-to-body (CTB) je batéria časťou karosérie. Tento prístup umožňuje zmenšenie objemu a hmotnosti a zároveň môže prispieť k vyššej celkovej tuhosti a bezpečnosti. Batérie sú integrálnou súčasťou vozidla.
Najlepšie auto bude to s najlepšou batériou
Kedysi to bola naháňačka za výkonom a krútiacim momentom, neskôr za spotrebou paliva a nižšími emisiami. V budúcnosti sa kvalita automobilu bude merať predovšetkým podľa kvality jeho batérie. Aká je energetická hustota? Aký je dojazd a životnosť? To sú nové parametre. A pri naháňačke za maximálnou rýchlosťou vozidla sa už nebude merať len v km/h, ale aj v kW - v hodnote rýchlosti nabíjania.
