Čína hlási prelomovú batériu pre elektromobily. Dojazd má posunúť za hranicu 1 000 kilometrov
Nová čínska batéria už dostala aj praktickú verziu, ktorej výrobu si pod krídla zobrala luxusná automobilka Hongqi.
Elektromobily už dávno nenarážajú len na cenu alebo nabíjačky, najväčší problém stále predstavujú samotné batérie. Výrobcovia roky zápasia hlavne s dvoma vecami, dojazdom a správaním v zime. Práve tu teraz prišli čínski vedci s výsledkom, ktorý môže poriadne zamiešať kartami.
Tím vedcov z univerzity Nankai v čínskom meste Tchien-ťin predstavil novú lítiovo-kovovú batériu s energetickou hustotou viac ako 700 Wh/kg, informuje China Daily. Vyššia energetická hustota zjednodušene znamená výrazne viac energie pri rovnakej hmotnosti batérie.
Pre porovnanie, dnešné bežné lítium-iónové batérie v elektromobiloch dosahujú približne 160 až 300 Wh/kg. Aj tie najmodernejšie modely sa väčšinou pohybujú výrazne pod hranicou 400 Wh/kg. Nový prototyp sa však nedostal do centra pozornosti len kvôli vysokému výkonu. Vedci tvrdia, že batéria zvládla stabilnú prevádzku aj pri teplote mínus 50 stupňov Celzia. A práve chlad predstavuje pre elektromobily jeden z najväčších problémov.
Elektromobily čelia problémom hlavne počas zimy
Majitelia elektromobilov to poznajú hlavne v zime. Auto zrazu stratí časť dojazdu, nabíjanie sa spomalí a batéria reaguje menej efektívne. Chemické procesy vo vnútri článkov totiž pri nízkych teplotách výrazne trpia. Čínsky tím sa preto nezameral len na samotné elektródy, ale kompletne prerobil elektrolyt, teda kvapalinu, cez ktorú sa vo vnútri batérie pohybujú ióny lítia.
Vedci prišli s pomerne nezvyčajným riešením. V molekulách rozpúšťadla nahradili časť atómov kyslíka fluórom a vytvorili nový systém založený na väzbách medzi lítiom a fluórom.
Neprehliadni
Fluór totiž patrí medzi chemicky najagresívnejšie prvky vôbec a extrémne silno priťahuje elektróny. Vedci tak vytvorili prostredie, v ktorom sa ióny lítia pohybujú efektívnejšie aj pri veľmi nízkych teplotách. Fluórovaný elektrolyt zároveň lepšie odoláva hustnutiu a chemickým zmenám v chlade, kde klasické elektrolyty výrazne strácajú výkon.
Výsledkom sa stal efektívnejší pohyb iónov aj pri extrémnych podmienkach.
„Energetická hustota a výkon pri nízkych teplotách predstavujú najväčšie prekážky rozšírenia elektromobilov,“ vysvetlil vedec Chen Jun z Čínskej akadémie vied.
Celý projekt navyše nezostal len na úrovni laboratória. Tím už začal spoluprácu s čínskou automobilkou Hongqi a predstavil batériový systém, ktorý podľa vedcov zvládne sériovú výrobu.
Hongqi je pritom najstaršia a zároveň jedna z najluxusnejších čínskych automobiliek patriaca pod gigantický koncern FAW. Značka dlhé roky vyrábala limuzíny pre najvyšších čínskych predstaviteľov a dnes predstavuje technologickú výkladnú skriňu čínskeho automobilového priemyslu.
Aj to naznačuje, že Čína neberie nový projekt ako experiment pre malý startup, ale ako technológiu určenú pre svoje najprestížnejšie vozidlá.
Skutočný batériový systém síce za experimentálnym zaostával, no aj tak ponúkol slušný výkon
Komerčná verzia batérie síce nedosiahla laboratórnych 700 Wh/kg, no stále ponúkla viac ako 500 Wh/kg. To už predstavuje hodnotu, ktorá by v elektromobile mohla zabezpečiť dojazd presahujúci 1 000 kilometrov na jedno nabitie.
Práve psychologická hranica tisíc kilometrov patrí medzi hlavné ciele výrobcov elektromobilov. Veľa vodičov totiž stále vníma elektromobily ako autá vhodné hlavne do mesta alebo na kratšie trasy. Dlhší dojazd by túto bariéru výrazne oslabil.
Zaujímavé však je, že vedci nezdôraznili len výkon. Lítiovo-kovové batérie totiž dlhodobo straší problém bezpečnosti a životnosti.
Klasické lítium-iónové batérie používajú grafitové anódy, zatiaľ čo lítiovo-kovové technológie pracujú s čistým kovovým lítiom. To síce dramaticky zvýši energetickú hustotu, no zároveň zvýši riziko vzniku takzvaných dendritov, drobných kovových útvarov pripomínajúcich ihly.
Ak dendrity prerazia vnútorné vrstvy článku, môžu spôsobiť skrat alebo prehrievanie batérie. Práve preto veľká časť podobných technológií doteraz skončila len v laboratóriách.
Vedci však dokázali tento problém vyriešiť. Batéria pre Hongqi totiž nepoužíva úplne klasický tekutý elektrolyt, ale takzvaný semi-solid systém, teda polopevnú alebo solídno-tekutú konštrukciu.
Práve o solid-state batériách dnes rozpráva prakticky celý automobilový priemysel. Ide o technológiu s úplne pevným elektrolytom, ktorá by mala priniesť vyššiu bezpečnosť, vyššiu hustotu energie aj dlhšiu životnosť. Problém spočíva v tom, že masová výroba sa stále odkladá a veľa projektov zostáva len vo fáze prototypov.
Čínsky medzikrok prináša to najlepšie z oboch svetov
Čínsky tím preto zvolil medzikrok. Semi-solid elektrolyt kombinuje časť výhod pevných batérií s dobrou vodivosťou klasických kvapalných systémov. Takéto riešenie lepšie odoláva tvorbe dendritov a zároveň umožní jednoduchšiu výrobu než plnohodnotné solid-state články. Práve preto vedci hovoria o sériovej produkcii už na konci tohto roka.
„Batéria nedosiahla len skok v energetickej hustote, ale vyriešila aj vysoké náklady a bezpečnostné riziká lítiovo-kovových batérií,“ povedal profesor Yan Zhenhua z univerzity Nankai.
To ešte automaticky neznamená revolúciu na cestách. Laboratórne úspechy totiž často narazia na realitu sériovej výroby. Problémy sa zvyknú objaviť pri životnosti článkov, rýchlosti výroby, cene materiálov alebo pri dlhodobom používaní v reálnych podmienkach.
Napriek tomu celý projekt nepôsobí ako vzdialená vedecká fantázia. Do vývoja sa už zapojila automobilka aj štátna batériová spoločnosť China Automotive New Energy Battery Technology. Ak sa technológia naozaj dostane do sériovej výroby, zmena nezasiahne len osobné autá. Vedci hovoria aj o využití v humanoidných robotoch, letectve, kozmonautike alebo v technológiách určených do polárnych oblastí.
Práve tam dáva odolnosť voči extrémnemu chladu najväčší zmysel. Väčšina dnešných batérií totiž pri veľmi nízkych teplotách dramaticky stráca výkon.
„Nemôžeme zostať zatvorení v akademických vzdušných zámkoch. Naším cieľom je vyriešiť reálne priemyselné problémy,“ povedal Chen Jun.
To, či sa nová technológia naozaj dostane do miliónov áut, zatiaľ nikto nevie. Posledné roky však ukázali, že práve batérie rozhodnú o tom, ako rýchlo sa elektromobily posunú ďalej.
