Kouzlo baterie aneb kde berou elektromobily energii

Baterie se staly součástí našich životů natolik, že se nám dokonce vloudily i do hovorové mluvy. Fungovat „na baterky“, „dobít baterky“ a podobné výrazy slyšíme téměř denně. Určitě vás nepřekvapí ani skutečnost, že jsou baterie neodmyslitelně spjaty s elektromobilitou. Dnes tedy společně pronikneme do světa baterií.

____

Historie baterie

Ještě, než se vrhneme na baterie z pohledu elektromobility, vraťme se zpět v čase k počátkům jejího vzniku.
Koncem 18. století zkoumal Luigi Galvani elektrické jevy při pohybech svalů. Díky jeho pokusu s mrtvou žábou, kdy dokázala pomocí dvou různých kovů rozpohybovat její nohy, přivedl Alesandra Volta k velkolepému objevu. Tušíte správně, byl to 1. galvanický článek zvaný Voltův článek. Následně sestavil jednotlivé články a zapojil tak první několika voltovou baterii tzv. Voltův sloup.
Baterie je na světě a může započít dvě stě let dlouhý vývoj zaměřený na energii budoucnosti.

____

Na počátku bylo olovo

Vývoj baterií pro elektromobily má za sebou kus cesty. První elektromobil sestavil holandský profesor Sibrandusem Stratinghem s jeho asistentem Christopherem Beckerem v roce 1835.
Na trhu se pak elektromobily objevily někdy na přelomu 19. a 20. století. Ty byly tenkrát poháněné olověnými bateriemi, které byly snadno dostupné a taky nízkonákladové. Majitelům znepříjemňovaly život tím, že nesměly nechat baterii vybít pod 50 % a elektrolyt potřeboval pravidelnou kontrolu. Ani životnost, 3 roky a nízká měrná energie (30-50 Wh/kg), jim nepřidávala na popularitě.

S lepší měrnou energií i delší životností přichází později do hry nikl-metal hybridové baterie. Znehodnocovala je malá účinnost, velké samovybíjení a špatné vlastnosti za studeného počasí.
Vědci svůj boj nevzdávají a vyvíjejí další baterie. Jednou z nich je tzv. Zebra, která dobře fungovala i za studeného počasí. Sice měla vyšší měrnou energie, za to ale nižší výkon. Hlavní zádrhel byl již na začátku, kdy bylo potřeba zahřát akumulátor na 270°C. Což představovalo nebezpečí, a hlavně problém udržet ji nabitou.

Dodnes nejoblíbenějším typem se stala Lithiová baterie, která se dostala na trh v roce 1979. Z počátku se potýkala s vysokou citlivostí na teplotu, nízkou výkonností a krátkou životností.
V současnosti nejsou lithiové baterie tolik výkonné, za to vynikají delší životností, schopností rychlejšího nabíjení a jsou šetrnější k životnímu prostředí. Lithium-fosfátové akumulátory už vydrží i více než 10 let a více jak 7000 nabíjecích cyklů.
V současnosti probíhá intenzivní vývoj baterií. Jedna z variant, která budí zájem jsou baterie v pevném stavu, které nevyužívají elektrolyt, a tím pádem ani přepážku mezi katody a anody. Představují tak bezpečnější baterii s mnohem delší životností.

____

Základní parametry baterie

Parametry, které nás při výběru budou nejvíce zajímat je minimální a maximální napětí, vnitřní odpor a kapacita.
Minimální a maximální napětí jsou hodnoty, při jejíž překročení dochází k nenávratnému poškození baterie.
Na vnitřním odporu závisí výkon baterie (W nebo kW). V podstatě určuje maximální výkon, kterým se dá baterii vybíjet i nabíjet. Také ovlivňuje tepelné ztráty uvnitř baterie. Vypovídá o dynamice elektromobilu a také délce nabíjení.
Kapacita baterie (kWh) nám říká, jak velké množství energie je možné do baterie uložit. Asi vás nepřekvapí, že čím je nižší kapacita, tím kratší dojezd elektromobil má.

____

Jak daleko dojede?

Už víme, co nám určuje dojezdovou vzdálenost, ale jak jsou na tom současné baterie? Na trhu dnes najdeme baterie od 16 kWh (Mitsubishi i MiEV) do 90 kWh (Tesla S).
Převedeme-li si to na kilometry. Můžeme říct, že elektromobily s olověnými bateriemi mají dojezdovou vzdálenost 30-80 km, s niklovými až 200 km a lithiovými někde mezi 320-480 km.
Kapacita baterie není jediná, která určuje dojezdovou vzdálenost. Ta je ve skutečnosti ovlivněná mnoha faktory. Například na počasí (pro zahřátí automobilu se čerpá energie z baterie, zapnutá klimatizace také snižuje dojezd atd.), ale i na terénu, jízdních dovednostech řidiče, váze a typu vozidla.

____

Jak je to u baterií s nabíjením?

U nejrychleji se dobíjejících elektromobilů (Tesla, Porsche, Audi) trvá v současnosti nabití baterie do 80 % desítky minut a přes hodinu trvá nabití do 100 %. Proto většina dobíjení probíhá v domácnostech např. během noci, kdy majitelé auto nevyužívají. Odhaduje se, že 80 % dobíjení probíhá doma a 20 % z dobíjecích stanic.
K dispozici jsou i veřejné rychlonabíječky, které je praktické zvolit na cestách. Ty nejrychlejší dokážou dobít přes 100 km za 10 minut. Dobíječky v ČR rostou jako houby po dešti. Jen společnost ČEZ jich vlastní 300, celkový počet se pak pohybuje někde kolem 1000.

Mapa dobíjecích stanic v ČR

____

Ceny baterií

Ceny baterií zapříčiňují elektromobilům neschopnost konkurovat vozidlům se spalovacími motory. Průměrná cena za 1 kWh se podle Fast Company pohybuje kolem 137 dolarů. Pozitivní zprávou je, že cena za posledních deset let klesla o 89 procent. Pád cen se vzhledem k dynamickém vývoji předpokládá i nadále. V průběhu 4 let by se ceny mohly dostat na takovou úroveň, že by nejvýznamnější světové automobilky mohly přivést na masový trh cenově dostupnější elektromobily.

____

Kdo vyrábí baterie pro elektromobily?

Po celém světě existuje řada výrobců. V roce 2020 ovládlo 77,3 % trhu pět největších výrobců. Tady jsou tři největší:

1.  Contemporary Amperex Technology Limited (CATL)

   Důvod, proč CATL zaujímá první místo, je pravděpodobně způsoben skutečností, že má největší počet vztahů s výrobci automobilů, včetně gigantů EV Tesla, BMW, Great Wall, Honda, Hyundai a Volkswagen.
   Nabízí baterie, které mají delší životnost a zvládnou více opotřebení. Má v plánu uvést na trh baterii s cenou pod 100 USD za 1 kWh.

2. LG Energy Solution

   LG je jihokorejským dodavatelem lithium-iontových baterií. Dodává pro zvučné automobilky jako je např. Renault, Hyundai, Ford či Volvo.

3. Panasonic

   Panasonic je dalším z největších výrobců lithium-iontových baterií, elektronický gigant spolupracující se společností Tesla.
   Společně se společností Tesla navrhli Baterii „2170“, která se masově vyrábí od ledna 2017, což je v současnosti největší továrna na lithium-iontové baterie na světě.

____

Budoucnost svítí bateriím zeleně 

Elektromobilita prošla velkým vývojem, který stále neustává. Vzhledem ke zvyšující se poptávce po elektromobilech začíná být převis poptávky nad nabídkou u baterií pro tyto vozy. To samozřejmě přivádí státy i samotné výrobce (velkého i menšího charakteru) k velkým investicím do rozvoje (v roce 2019 EU investovala až 60 miliard EUR do elektromobility). Cílem je snížit jejich výrobní cenu, zajistit rychle nabíjení a dlouhý dojezd.