Elektromobily mají poměrně nízké náklady na provoz včetně „paliva“, a pokud se podaří vyřešit i problém vysoké ceny akumulátorů, měl by být jejich provoz v porovnání s ostatními formami pohonu podstatně výhodnější (alespoň během prvních let provozu, protože je stále otevřená otázka dlouhodobé spolehlivosti akumulátorů). Mohou však ceny baterií klesnout natolik, aby se nákup elektrického vozu vyplatil? A kdy elektrické vozy budou stát stejně jako ty se spalovacím motorem? Podle analýz a odhadů agentury Bloomberg by ta chvíle měla přijít brzy, někdy kolem roku 2023. V roce 2019 se podle jejího odhadu cena bateriových článků pro vozy (respektive kompletních baterií) pohybovala pod 160 dolary za kilowatthodinu kapacity. Snad již v roce 2023 by se však mohla přiblížit hranici 100 dolarů za kilowatthodinu, čímž by se elektromobily mohly dostat na konkurenceschopnou hladinu.
Co se dá zlepšit Není pochyb o tom, že elektromobily budou v příštích letech a nejspíše i desetiletích pohánět vylepšené lithiové akumulátory. Na dohled není žádná revoluce, ale spíše jen evoluce. Pokud ceny mají spadnout tolik, kolik analytici odhadují, musí se jednat o evoluci nezanedbatelnou. Automobilky a jejich dodavatelé si samozřejmě celou řadu podrobností o tom, jak toho dosáhnout, nechávají pro sebe. Ale ne všechny. Do své „kuchyně“ nechala zájemce v září 2020 nedávno nahlédnout například společnost Tesla, která je dnes nepochybně špičkou a má s výrobou baterií pro elektromobily zkušenosti jako málokterá jiná společnost (byť samozřejmě spoléhá do značné míry na dodavatele). Tesla v rámci setkání s akcionáři uspořádala „Den baterie“, během kterého představila svou strategii, jak srazit současnou cenu baterií během několika příštích let o více než polovinu. Samozřejmě není pochyb o tom, že firma si celou řadu podrobností nechala pro sebe. Naznačila však svou základní strategii. Také v příštích letech má Tesla využívat v elektromobilech klasické válcové články podobné těm, které automobilka používá dnes (a které si nechává vyrábět od firem, jako jsou Panasonic či CATL). Nový typ 4680 bude větší než dnešní články (název napovídá, že mají průměr 46 mm a délku 80 mm) a především by měl mít nová „střeva“. Významná novinka spočívá například ve způsobu odvodu a přívodu elektřiny ze samotného aktivního materiálu na póly článku. To mají na starosti malé vodivé prvky – anglicky se nazývají „tabs“. Obvykle jsou vyrobeny z niklu, hliníku, případně mědi. Jde o jedno z nejslabších míst dnešního designu, protože když se akumulátory rychle nabíjí či vybíjí, právě v těchto kovových prvcích vzniká velké množství tepla. A pro lithiový akumulátor znamená teplo velký problém (zkracuje životnost a při vyšších teplotách hrozí i exploze). Tesla si v květnu podala patent na články, které se bez těchto vodivých prvků mají zcela obejít (články s „tabless“ elektrodami). Měly by tak snížit množství vznikajícího odpadního tepla a tím umožnit i rychlejší dobíjení. Druhou, podstatně důležitější změnou má být zjednodušení výroby. Umísťování a připevňování „tabů“ totiž podle Muska i Baglina výrazným způsobem zdržovalo výrobu článků. Proces není okamžitý, a tak se kvůli němu musí článek na své cestě linkou zastavit. Bez těchto prvků se linka údajně může v podstatě pohybovat kontinuálně, velmi podobně jako například plnicí linka na nápoje. Řešení bude mít nepochybně i své nevýhody a problémy, o kterých však Tesla pochopitelně nemluvila, ale výhody jsou zřejmé.
Jak se nenafouknout Změny nastanou také například na elektrodách. Dnes se v anodách článků používá uhlík, protože dobře vede elektrický proud. Tento prvek ovšem není pro akumulaci energie ideální. Na uložení jednoho lithiového iontu, který je v akumulátorech nosičem náboje, je zapotřebí „klece“ tvořené šesti atomy uhlíku. Přitom existují materiály podstatně vhodnější: například jediný atom křemíku dokáže navázat čtyři atomy lithia. S křemíkem se pro použití v bateriích tedy hojně experimentovalo a experimentuje, dlouho se však nedařilo překonat jeho nevýhody. Především tu, že po pohlcení elektronů „bobtná“, tedy velmi výrazně mění objem, a to několikanásobně (řekněme pro jednoduchost zhruba na trojnásobek původního objemu). Pokud tedy postavíte bateriové články z křemíku s pomocí běžných postupů, postačí několik nabíjecích cyklů a anoda se roztrhá na malé kousky. Přesto se v anodách křemík už používá, a to i v bateriích používaných Teslou. Je to jeden z nejlepších způsobů, jak jejich kapacitu zvýšit. V současných anodách je však křemíku málo, řádově jednotky procent z celkového objemu. Příměs je tak malá, že nárůst objemu nezpůsobuje velký problém a zvýšení kapacity o několik procent za to stojí. Tesla má ale v plánu množství křemíku několikanásobně zvýšit, aby se dojezd při zachování objemu baterie zvýšil cca o 20 %. Problém s „bobtnáním“ chce vyřešit tak, že článek nebude čistě křemíkový, tedy že bude obsahovat i elastické materiály, které mohou naopak svůj objem zmenšit, a kompenzovat tak nárůst křemíku v anodě. (Poznámka bokem: v dobíjecích bateriích se samozřejmě role elektrod mění podle toho, zda se nabíjejí, či vybíjejí, ale pro zjednodušení se jako anoda obvykle označuje záporná elektroda, na které během vybíjení dochází k oxidaci.)
Bez kobaltu Změny by se měly dotknout i druhé elektrody, tedy katody. Tesla v první řadě potvrdila, že se v bateriích pokusí zbavit kobaltu. Jak již možná víte, kobalt se používá v katodách článků, obvykle v kombinaci s niklem a manganem v podobě materiálu známého jako NMC. Kobalt je z těchto materiálů nejdražší, navíc je dnes jeho produkce vázána na problematickou těžbu v Kongu. I proto se většina výrobců snaží kobaltu zcela zbavit. V minulosti byly v NMC „namíchány“ rovnými díly, tedy nikl, mangan a kobalt v poměrech 1 : 1 : 1. V nových bateriích ovšem tvoří velkou část materiálu pouze nikl (někdy téměř 90 %) a kobaltu je jen zhruba 5 %. Tesla tedy není jediná, v podstatě v tomto ohledu postupuje podle obecného trendu, který by měl zjednodušit a zlevnit výrobu baterií obecně. Nebude tedy v tomto ohledu první, důležité však je, že vývoj pokračuje.
Sedíme na baterii Tesla také potvrdila, že se ve snaze vyrábět levnější baterie vydává i dalším logickým směrem: články, respektive celá baterie by měly sloužit také jako funkční část konstrukce vozu. V podstatě by se tak mohlo jednat o „samonosnou baterii“, která vůz zbytečně nezatěžuje. Samotná baterie tedy má být dostatečně tuhá a pevná. Podle Tesly by se mělo jednat v podstatě o voštinovou konstrukci, která by sloužila nejspíše jako spodní část karoserie (kvůli hmotnosti baterií je to pro ni výhodné umístění). Ani to samo o sobě není novým konceptem, mluví se o něm roky i v jiných firmách. Je však nabíledni, že takový systém může snížit hmotnost vozidla, tím i spotřebu energie a v důsledku pak tedy také prodloužit dojezd. S podobnými koncepty přicházejí i další automobilky, a nakolik půjde o skutečnou konkurenční výhodu, to bude záležet především na tom, jak úspěšně se výrobci s nápadem dovedou konstrukčně „poprat“ – jak náročná na výrobu a jak funkční budou konkrétní řešení.
Nejlepší ve výrobě Všechna dílčí zlepšení mají jeden hlavní cíl: výrazně zjednodušit, zrychlit, a tedy i zlevnit výrobu baterií ve velkém. Úspory z rozsahu byly zatím rozhodujícím faktorem ve zlevňování článků a Tesla chce trend prodloužit. Firma si dala za cíl vyrobit ročně baterie s celkovou kapacitou od 10 do 20 TWh. Celková roční výrobní kapacita je dnes o dva řády nižší, pohybuje se zřejmě někde v pásmu nad 300 GW ročně. Rekordní Gigafactory v Nevadě, která ještě není dostavěna, je koncipována na výrobu kolem 150 GWh za rok. Jak ovšem zvýšit výrobu řádově stokrát? Tesla má dva recepty. Stejně jako řada jiných firem samozřejmě chystá stavbu dalších továren na baterie. Ale zároveň tvrdí, že „zlepšováky“ představené v rámci Battery Day mohou velmi výrazně zvýšit výrobu v již stojících továrnách. Kontinuální výroba jednodušších baterií, které pojmou více energie, může údajně výhledově zvýšit produkci z jedné linky zhruba sedminásobně. Údaj je nutné brát s rezervou, protože máme k dispozici pouze nablýskanou prezentaci a „tvrdá data“ jsou předmětem obchodního tajemství. Trend je ovšem jasný: výrobci i analytici shodně odhadují, že během řádově jednotek let by se baterie měly vyrábět v takovém množství a tak účinné, že by se elektromobily skutečně mohly vyrovnat klasickým vozům. Obměna vozového parku bude trvat mnohem, mnohem déle, ale čas připravit se na změnu není nijak dlouhý. /jj/