cs

Elektromobilita: blíží se doba postlithiová

14.02.2022

V polovině minulého desetiletí Elon Musk prorokoval, že roku 2020 bude polovinu všech aut na silnicích pohánět elektřina. Předpověď byla o to odvážnější, že v té době ještě legislativa elektromobilům spíš nepřála - jenže od té doby se hodně změnilo: automobilové koncerny pochopily, že obměna vozového parku by mohla být lékem na upadající prodeje, zatímco státní aparáty (zejména evropské) infiltrované zelenými aktivisty začaly elektromobilitu prosazovat silou. Ale ani tak Muskovo proroctví zatím nedošlo naplnění, protože elektromobily pořád mají jeden velký problém: akumulátory. V ještě větší míře to platí o prosazovaném nástupu elektromobility do letectví.

Současné lithiové akumulátory sice disponují dosud nevídanou hustotou energie, přesto by bez politického a ideologického tlaku zatím na silnicích nedokázaly konkurovat spalovacím motorům. Jsou drahé, rozměrné, mají omezenou životnost (počet cyklů), zima omezuje dojezd, objevují se i pochyby o jejich bezpečnosti... Nejen Muskova Tesla, ale i tradiční velké automobilky jako Volkswagen, BMW, Toyota a další proto spolupracují s výrobci elektroniky a výzkumnými pracovišti na jejich vylepšování. Někdy tyto výrobce rovnou kupují - jako například Tesla, která loni převzala kontrolu nad výrobcem ultrakapacitorů Maxwell. Jenže i když jsou ultrakapacitory ukládající energii na fyzikálním principu teoreticky velmi perspektivní, jejich cesta do praxe bude ještě dlouhá, a tak se zatím v elektromobilech používají jen pro vykrytí odběrových špiček (akcelerace) a rekuperaci energie (brždění).

Momentálně se proto výrobci a vývojáři akumulátorů pro elektromobily dál zaměřují na vylepšování elektrochemického ukládání energie. Největší publicitu má - jak už je u Elona Muska zvykem - akumulátorová baterie Tesla 4680, kterou tento technologický vizionář označuje za revoluci a game changer ve světě elektromobility. Ve skutečnosti ale nejde o nový princip ukládání energie, ale jen o nový způsob začlenění akumulátoru do konstrukce vozu; zatímco dosud tvořil samostatný prvek, v podobě 4680 se stává její integrální součástí (podobně jako letadla už nemají palivové nádrže, ale nesou si palivo v křídlech). Proto se tomuto řešení říká také strukturální baterie. Tesla si od něj slibuje zjednodušení a zlevnění výroby, snížení hmotnosti vozu o 10 procent a tím i jeho vyšší dojezd. S vlastními verzemi strukturální baterie do budoucna počítají i ve Volkswagenu, BMW a v dalších automobilkách.

Čím dál víc expertů ale soudí, že současné li-ion akumulátory už není jak dál vylepšovat, proto začínají někteří výrobci elektromobilů sázet na skutečně nové principy elektrochemického ukládání energie. V současnosti se nejvíc mluví o akumulátorech lithium - síra a o akumulátorech s pevným elektrolytem (solid state). Oba tyto principy slibují vyšší energetickou hustotu, produkci bez ekologických rizik a nevyžadující obtížně dostupné prvky. U obou se sice stále vychytávají mouchy - ale kdyby se to povedlo, zlepší se dojezd elektromobilů (možná i několikanásobně), zvýšila by se bezpečnost elektropohonu a bylo by reálné uvažovat i o elektrických letadlech. Mluví se dokonce o počátku post li-ionové éry, proto do vývoje proto tečou obrovské investice; nejen od automobilek, ale i od velkých výrobců veškeré mobilní elektrotechniky.

Akumulátory lithium - síra (Li-S) jsou lehčí, výrobně levnější a nabízejí mnohonásobně větší energetickou hustotu než li-ion: zatímco špičkové akumulátory li-ion mají 350 Wh/kg, síra teoreticky slibuje 1000 až 1500 Wh/kg. Princip je znám už dlouho (patent pochází z 60. let minulého století), ale uvedení do praxe zatím bránila nízká životnost způsobená rozpouštěním síry v elektrolytu. Investice do výzkumu se proto zaměřují převážně na tento problém a v posledních letech přibývá zpráv o možnostech řešení. Například fyzikové z švédské Technologické univerzity Chalmers testují v Li-S článcích elektrody vytvořené z grafenového aerogelu, zatímco v Norsku se chystají stavět závod na komerční výrobu těchto akumulátorů podle patentu brněnského vědce Tomáše Kazdy.

Také princip akumulátorů s pevným elektrolytem je starý, dokonce pochází už z 19. století. Jak naznačuje název, nemají jako elektrolyt kapalinu nebo polymer, jako baterie používané v současnosti, ale jejich elektrolyt se nachází v pevném skupenství. Může to být oxid, sulfid, sklo, pevný polymer a další běžně dostupné materiály. Dlouho o ně nebyl zájem, protože disponovaly nízkou energetickou hustotou, ale v posledních desetiletích prodělaly rychlý vývoj a dnes už existují typy s dvakrát větší kapacitou než li-ion akumulátory. Automobilky jako Toyota, BMW, Honda, Hyunday a další proto do jejich výzkumu investují velké sumy a jsou vlastníky mnoha patentů.

Problém dosud představovala drahá výroba, proto se předpokládalo, že budou montovány pouze do luxusních vozů. Americká firma Solid Power ale letos v květnu zveřejnila koncept svého akumulátoru s výrazně nižšími výrobními náklady, který má energetickou hustotu 390 Wh/kg. Ve srovnání se současnými akumulátorovými sadami ve vozech Tesla by mohly být o třetinu levnější, o 40 procent lehčí a dojezd by se zvýšil o přibližně 15 procent.

Navzdory tomu všemu zatím zůstávají alternativní akumulátory spíš vděčným tématem reklamních kampaní velkých automobilek, nebo snahou start-upů na sebe upozornit, než blízkou realitou - do kapacit na výrobu li-ion baterií nateklo příliš mnoho peněz a další továrny jsou ve výstavbě. Ve vzdálenějším časovém horizontu by ale z elektromobilů mohly konečně udělat prakticky použitelnou věc za ceny srovnatelné s dnešními vozy.

Jan A. Novák