Pevné baterie – 1200 km a 10 minut nabíjení: kdy dojde k sériové výrobě?

Nedávno, v letech 2014–2018, byl svět svědkem skutečného boomu v organizaci výroby polovodičových baterií (STA). Navíc jak pro domácí spotřebiče, gadgety, tak pro elektromobily.


Například v roce 2016 šéf Fisker Inc (letos vyhlásil bankrot) slíbil: elektrická auta s jeho TTA budou moci ujet 500 mil bez dobíjení po šesti měsících číslo kleslo na 400 a poté 300 mil; Generální ředitel společnosti Dyson J. Dyson v roce 2017 ujistil, že jeho společnost pracuje na polovodičových bateriích již více než dva roky. Na otázku, zda budou jeho elektromobily vybaveny TTA, jejíž vydání je plánováno na rok 2021, však neodpověděl. Na podzim roku 2019 byl projekt ukončen.


Nejdále ale zašli Číňané: v roce 2018 jeden z lídrů startupu Qing Tao Energy Development Co veřejně oznámil, že v Kunshanu byla nasazena výrobní linka na výrobu TTA. Do projektu bylo investováno 144 milionů $. Kapacita linky by měla do roku 2020 dosáhnout 700 MWh ročně. To znamená, že vyrobené baterie vystačí pro přibližně 14 tisíc elektromobilů. Ale k dnešnímu dni nebylo o výsledcích nic slyšet.


Zástupci koncernů VW, BMW, Toyota byli tehdy ve svých vyjádřeních opatrnější. První hovořil o hromadné výrobě TTA nejdříve v roce 2025. Investice dosáhly 100 milionů dolarů. Bavorská automobilka uzavřela dohodu se startupem Solid Power (USA). Hyundai oznámil, že vyvíjí projekt na organizaci výroby TTA, ale nebyly dány žádné termíny.


Od té doby intenzita vášní poněkud poklesla a pandemie „udělala svou práci“. Zájem o výrobu energeticky náročných baterií ale nepolevuje. Budeme o tom mluvit později, ale nejprve stojí za to zjistit, jaký druh „zvíře“ to je - polovodičové baterie. Nekapalné elektrolyty byly známy již v 19. století. Silný zájem o ni byl ale obnoven až na přelomu současnosti a minulých století.

Polovodičové baterie v jednoduchých slovech

K jejich výrobě se používá speciální technologie, která se nazývá: Solid-State Battery. Přeloženo z angličtiny - „baterie s pevným tělem“. Hlavním rozdílem mezi TTA a jeho předchůdci je použití elektrolytu, což je kompozitní (polymerní) materiál. Nejčastěji se jedná o sulfidy, anorganické oxidy nebo keramiku. Každý vývojář má svůj vlastní vzorec, který drží v tajnosti.


Lithium-iontové baterie používají kapalinu, gely nebo impregnace. Princip fungování polovodičových baterií je ale stejný: během nabíjení se ionty přesouvají na anodu (může být vyrobena z lithia) z katody (její roli hraje vzduch, kov nebo síra), a když je kapacita spotřebováno, naopak. Pohyb částic se provádí přes elektrolyt. Pojďme si zhodnotit klady a zápory polovodičových baterií.

Lepší hustota energie a rychlejší doplňování

Ve srovnání s lithium-iontovými bateriemi jsou TTA schopny uložit větší kapacitu na jednotku objemu (hmotnosti). Jednoduše řečeno, solid-state baterie stejné hmotnosti a rozměrů zajistí elektromobilu velký dojezd (nárůst dojezdu bude o 20-30 %). A pokud vezmete vzdálenost ujetou autem s lithium-iontovou baterií, pak stejnou vzdálenost zaručuje TTA s mnohem menšími rozměry a hmotností.


Pevné baterie se nabíjejí rychleji než jejich lithium-iontové protějšky. Jde o lepší vodivost elektrického proudu, která je podle Ohmova zákona spojena s nižším vnitřním odporem. Má smysl se podrobněji zabývat moderními úspěchy, pokud jde o rychlost nabíjení baterie.

Kdo má nejblíže k sériové výrobě TTA?

Loni na podzim Toyota oznámila, že společnost ve spolupráci s Idemitsu (japonský ropný koncern) učinila technologický „průlom“ a je připravena zahájit sériovou výrobu TTA v roce 2027. Díky nové baterii dosáhne dojezd elektromobilů 1200 km a doba nabíjení se zkrátí na 10 minut. Japonská automobilka vyvíjí polovodičové baterie od roku 2006.


Již letos na podzim oznámil zástupce tchajwanské společnosti ProLogium Technology vytvoření první baterie na světě s kompozitní křemíkovou anodou. Baterie doplní svou kapacitu o 60 % za 5 minut. To stačí na dojezd elektromobilu přibližně 300 km.


Polovodičová baterie byla předvedena letos v říjnu v Paříži na výročním autosalonu. Na výstavě zástupce společnosti ProLogium Technology řekl, že „od roku 2023 překonáváme konkurenci“, pokud jde o zvyšování hustoty energie baterie a rychlosti nabíjení.


O zahájení sériové výroby ani o ceně novinky však nebylo nic hlášeno. Můžete si také všimnout Nissan Motor, který slíbil, že v roce 2028 zahájí rozsáhlou výrobu vlastních polovodičových baterií. A v Číně byl na státní úrovni zaveden plán CASIP, který předpokládá zavedení TTA do výroby montážních linek do roku 2030.

Nízká cena a bezpečnost

První výhoda je spojena s menším používáním drahých součástek, jako je kobalt. Polovodičová baterie má velmi málo součástí: chybí separátory a některé další prvky. Lithium-iontové baterie mají větší rozměry a hmotnost. TTA nevyžadují chlazení, mají delší životnost a málo podléhají opotřebení při neustálém nabíjení a vybíjení.


Takové baterie představují menší nebezpečí pro životní prostředí než lithium-iontové. Ty obsahují sloučeniny fluoru, které se mohou uvolňovat při poškození nebo dokonce přetížení baterie. Také TTA mají velmi nízkou úroveň samovybíjení, neexplodují ani se samovznítí: elektrolyt se z nich nemůže rozlít. Zde výhody inovativních baterií končí, ale co nevýhody?

Nevýhody TTA

Prvním problémem je složitost výroby: produkty vyžadují použití přesných technologií. Je nutné použít pevný elektrolyt s homogenní strukturou, který poskytuje požadovanou hustotu. Nejmenší nečistoty prudce snižují spolehlivost a účinnost produktů.

Další nevýhodou, na které se nyní aktivně pracuje, je vysoká citlivost na kyslík, vlhkost a nízké teploty. V chladném klimatu nastanou problémy s TTA: kapacita klesne. Baterie budou muset být zahřáté nebo budou muset být vyvinuty produkty s jiným pevným elektrolytem. Je tu ještě jedna nevýhoda – nedostatek světových standardů. To se může stát překážkou pro kompatibilitu různých typů TTA s konkrétními modely elektromobilů.


Spolupráce mezi výrobci TTA a vládními agenturami, automobilovými společnostmi a dalšími zainteresovanými stranami je nezbytná. Stojí však za to říci: dnes ještě nebyly studovány všechny výhody a nevýhody polovodičových baterií, protože s jejich používáním nejsou žádné dlouhodobé zkušenosti.

Závěry a zobecnění

Přední automobilky vyrábějící sériové elektromobily nepochybují o tom, že TTA je budoucnost. Nepřímo to dokládají vážné investice do projektů TTA. Jak jsme psali výše, nejblíže k realizaci sériové výroby má Toyota se svými plány na roky 2025-27.


Stejné načasování naznačuje i VW, který investoval do amerického QuantumScape, který vyvíjí keramické baterie. Hyundai, Kia, Mercedes, Stellantis daly přednost Factorial Energy (USA), společnosti, která vyrábí polovodičové baterie na bázi polymerů. Můžeme shrnout: mnoho předních světových výrobců automobilů je přesvědčeno, že ještě před rokem 2030 se na trhu objeví elektrická vozidla vybavená sériovým TTA.