Během nedávného hovoru Elona Muska s investory byla vyřčena věta, která nejednoho fanouška i akcionáře mohla vyděsil: Musk řekl, že výroba nového elektrického článku pro vozy firmy narazila na „úzké hrdlo“. Firma sice pokročila v případě výroby, ale do jejího rozjezdu ještě zbývá spoustu práce.
Znalcům Tesly výraz „úzké hrdlo“ připomíná téměř smrtelné období firmy na přelomu let 2017 a 2018, kdy kalifornská společnost řešila veliké problémy s přípravou výroby Modelu 3. Musk musel vyškrabávat poslední finanční rezervy a přespával v kanceláři. Model 3 nakonec uspěl a firma se díky němu nadechla k dalšímu ohromnému růstu. Může se zdát, že tentokrát jsou sázky nižší, jde „jen“ o novou baterii, ale tak to není. Význam nového článku s označením 4680 pro Teslu není radno podcenit. Měl by totiž dodat „šťávu“ Muskovým snům o milionech elektromobilů ročně. Dojezd vozů by měl zvýšit o více než 50 %, 16 % z toho díky vyšší energetické hustotě, a náklady na baterie by díky němu měly klesnout na polovinu. Zásluhou toho by se v prodeji měla v příštích letech objevit Tesla za 25 tisíc USD, tedy zhruba za půl milionu korun. (V Česku by samozřejmě byla dražší minimálně o HDP.)
O hodně lepší „váleček “ Články v bateriových souborech jejích modelů dodnes velmi nápadně připomínají tužkové baterie. První generace článků Tesly se tak nazývala 18650, protože měla rozměry 18 na 65 mm [tužkové baterie AA mají 14,9 na 50 mm a první baterie Tesly tedy nebyly o mnoho větší — pozn. red.]. Pak přišly větší 2170 (21 na 70 mm), které měly tedy zhruba o polovinu větší objem. V září 2020 pak Tesla oznámila přechod na ještě větší články 4680, které už mají zhruba pětkrát vyšší kapacitu než původní články 18650. K tomuto údaji jedna poznámka, která dobře vystihuje Muskův postoj k reklamě a marketingu: během prezentace v září 2020 (tzv. Battery Day) se opakovaně mluvilo o několikanásobně vyšší kapacitě. Nikdo ovšem zároveň jedním dechem nedodal, že zvýšení kapacity je dáno téměř úplně prostě zvýšením objemu baterie. Ne že by Tesla vysloveně lhala. Neudělala ale nic pro to, aby nezkušený posluchač nedošel ke špatnému závěru. Vysloveně nepřesné pak bylo tvrzení, že nové baterie v automobilech Tesla jsou unikátní svou „strukturální konstrukcí“. To jednoduše znamená, že články jsou v baterii (paralelně) zapojeny co nejefektivněji, tedy aby se uspořilo místo a hmotnost. Ale stejný princip už používají i další výrobci, například v mikroelektromobilu Wuling Mini. Skutečných novinek je ale i přes tyto výhrady dost. Jedna spočívá ve způsobu odvodu a přívodu elektřiny ze samotného aktivního materiálu na póly baterie. To mají na starost v článcích malé vodivé prvky (tabs) obvykle vyrobené z niklu, hliníku, případně mědi. Tabs jsou jedním ze slabších míst baterie. Během rychlého nabíjení či vybíjení vzniká v těchto kovových prvcích velké množství tepla, které pro lithiovou baterii představuje velký problém. Tesla si v roce 2020 podala patent na baterie, které se bez těchto vodivých prvků mají zcela obejít (baterie s „tabless“ elektrodami). Změna by měla údajně výrazně zjednodušit výrobu. 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 údajně může linka pohybovat v podstatě kontinuálně. Můžeme si ji údajně představit například jako plnicí linku na nápoje. Odstranění kovových prvků by také mělo údajně velmi výrazně snížit množství odpadního tepla, které vzniká při rychlém nabíjení baterií. Což v důsledku může vést k nabíjení většími proudy, a tedy ke zkrácení zastávek na dobíjecích stanicích. Jde však spíše o hypotetickou úsporu. Rychlost dobíjení do značné míry záleží na parametrech samotných nabíječek, které provozovatel z pochopitelných důvodů nemůže měnit každý rok. Domácí dobíjení tak velkými proudy je navíc těžko představitelné. „Tabless“ baterie by však mohly mít například zvýšenou životnost. Vyšší teploty totiž bateriím rozhodně neprospívají.
Bez kanálů Novým typem baterie by měla Tesla do jisté míry i dohánět konkurenci. Ještě v Modelu 3 totiž používá systém chlazení, který není úplně efektivní. Mezi řadami článků má kanálky na odvod odpadního tepla, které vlastně nejsou zapotřebí. Většina tepla totiž vzniká na obou koncích článků. Dělat mezi nimi místo na kanály je podle jiných výrobců a znalců oboru v podstatě zbytečné. Samozřejmě, znalcům nemusíte věřit. V případě Tesly se už mnohokrát mýlili. V tomto případě ale v podstatě uznává svou chybu i Tesla sama. Nové „balení“ baterie kanálky mezi články opustí. Místo toho budou články umístěny na kapalinou chlazené desce. Velmi podobně, jako tomu je u elektromobilů GM, Ford, Volkswagen, Porsche a dalších. Místo by se mělo uspořit i jinak. Konstruktér a konzultant Sandy Munro, který proslul svým YouTube kanálem zaměřeným na elektromobily, nedávno odhadl, že Tesla dokáže zvýšit výkon bateriových celků o více než 50 % při zachování stejných rozměrů. Do rozměrů baterie pro Teslu 3, která má kapacitu 72 kWh, by se podle něj mohla vejít nová baterie s kapacitou cca 130 kWh. Kromě zmíněné úspory vzniklé změnou chladicího systému by k tomu měly významně přispět i další změny v konstrukci. Více dílů by mělo být lepeno, a také svařované části konstrukce se dají udělat efektivněji. Celkem by nové bateriové celky podle něj mohly obsahovat o 30 až 40 % méně oceli.
Trochu to osolíme… Nový typ 4680 bude mít pozměněny také elektrody. Jedna změna bude na tradičně uhlíkové anodě. Uhlík se pro anody používá, protože dobře vede proud, má ovšem poměrně malou kapacitu. Na uložení jednoho lithiového iontu je zapotřebí „klece“ tvořené šesti atomy uhlíku. Naproti tomu například jediný atom křemíku dokáže navázat čtyři atomy lithia. Tato výhoda je dlouho známá a s křemíkem se hojně experimentovalo, bohužel má však i nepříjemné vlastnosti. Významnou je, že po pohlcení elektronů „bobtná“, tedy změní svůj objem, a to několikanásobně (řekněme pro jednoduchost zhruba na trojnásobek původního). Pokud postavíte baterie z křemíku s pomocí běžných postupů, stačí jen několik nabití, anoda se roztrhá na malé kousky a celý článek je k ničemu. Přesto se už v anodách křemík používá, a nejen u Tesly. Jde dokonce o jeden z nejnadějnějších způsobů, jak kapacitu baterií zvýšit. Ovšem v současných anodách je křemíku málo, řádově jednotky procent z celkového objemu. Příměs je tak mizivá, že nárůst objemu nezpůsobuje velký problém a zvýšení kapacity o několik procent za něj stojí. Na Battery Day zaznělo, že množství křemíku by se mělo zvýšit několikanásobně, aby se dojezd při zachování objemu baterie zvýšil cca o 20 %. Problém s „bobtnáním“ chce Tesla vyřešit tak, že ani její baterie nebude čistě křemíková. Bude obsahovat i elastické materiály, které se mohou zmenšit tak, aby se kompenzovalo zvětšování křemíku v anodě. Jak vidno, v tomto ohledu je ještě co zlepšovat. Změny by se měly dotknout i druhé elektrody, tedy katody [v dobíjecích bateriích se role elektrod mění podle toho, zda se nabíjí, či vybíjí, ale pro zjednodušení se jako anoda obvykle označuje elektroda, na které během vybíjení dochází k oxidaci — pozn. red.]. V první řadě Tesla potvrdila, že se pokusí zbavit kobaltu v bateriích. Jak již asi víte, kobalt se používá v katodě baterií, 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 ve stejném poměru 1 : 1 : 1 nikl, mangan a kobalt. V nových bateriích ovšem tvoří velkou část materiálu pouze nikl (někdy téměř 90 %) a kobaltu je cca 5 %. Tesla tedy znovu není jediná, je v podstatě ilustrací obecného trendu, který by měl zjednodušit a zlevnit výrobu baterií obecně. Tesla možná bude, možná nebude první, důležité je, že vývoj pokračuje. V roce 2021 by mělo být vyrobeno cca 10 GWh těchto baterií, tak uvidíme, jaké informace od výrobce dostaneme a jaké uniknou.
Za sucha to stále nejde Součástí linky nebude podle všeho další technologie, od které si fanoušci hodně slibují. Tesla totiž zhruba v květnu 2019 dokončila koupi firmy Maxwell Technologies. Ta si dala mimo jiné za cíl radikálně zjednodušit jeden ze složitých kroků ve výrobě baterií a vyrábět elektrody „za sucha“. Dnes se vstupní materiály pro obě elektrody nejprve musí rozpustit, pak lisovat a vysušit. Celý proces nejen výrobu zdržuje, ale také zdražuje, už kvůli nákladům na energie a nutné vybavení. Maxwell Technologies přišly s demonstrací procesu výroby za sucha, který by se měl bez těchto kroků obejít. Po jeho dotažení do výroby by se obě elektrody měly velmi jednoduše lisovat za sucha a nízkých teplot do požadované podoby tenkého filmu. Jak ovšem potvrdili Musk a Baglin, zatím jsou k dispozici pouze první prototypy technologie ve velmi malém, v podstatě laboratorním měřítku. Do výroby má tedy proces ještě daleko a nedá se předpokládat, že by Tesla tuto technologii dokázala dotáhnout do praxe během tří let, jak to slibuje u většiny ostatních „zlepšováků“, které na Battery Day prezentovala. Ale možná se samozřejmě pleteme. V prezentacích Tesly bývá těžké odlišit šum od skutečného signálu.
Nejlepší ve výrobě Všechna dílčí zlepšení mají jeden hlavní cíl: výrazně zjednodušit a zrychlit, tedy i zlevnit výrobu baterií ve velkém. Tesla sázející na to, že investory naláká na velké cíle, tak především dala najevo, že hodlá ve výrobě baterií přejít na kvantitativně novou úroveň. 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 GWh ročně. Rekordní Gigafactory v Nevadě, která ještě není dostavěna, je koncipována na výrobu kolem 150 GWh za rok. Jak zvýšit výrobu řádově stokrát? Tesla má dva recepty: Stejně jako řada jiných firem samozřejmě chystá stavbu dalších továren, zároveň však 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 zvýšit produkci z jedné linky zhruba sedmkrát. Toto číslo je nutné brát s rezervou, protože máme k dispozici pouze nablýskanou prezentaci a „tvrdá data“ jsou předmětem obchodního tajemství. Podle odhadů agentury Bloomberg se ceny baterií (kompletních baterií, ne pouze článků) v roce 2020 pohybovaly v průměru někde kolem 140 USD za kWh. Na Battery Day se hovořilo o tom, že zavedení představených novinek by mělo cenu snížit zhruba o něco více než 50 %. Pokud by tomu tak bylo, cena by se měla poměrně rychle dostat dosti hluboko pod bedlivě sledovanou hranici 100 USD/kWh. Zhruba na ní by se elektrické vozy mohly v pořizovací ceně začít rovnat vozům se spalovacím motorem. Tedy asi na úrovni nového modelu Tesly, jehož existenci Musk v prezentaci potvrdil. A kdy by to mohlo být? Tesla je známá tím, že nedodržuje slíbené termíny. Koncem dubna Musk uvedl, že do výroby baterie zbývá 12, příp. 18 měsíců. V tom případě by bylo možné, že stávající dodavatelé baterií pro Teslu, tedy společnosti Panasonic, CATL, LG Energy Solution a SK Innovation, možná dodají baterii 4680 dříve než samotná Tesla. Nový šéf Panasonicu potvrdil, že jeho společnost bude do výroby článků 4680 mohutně investovat, pokud se ukážou jako životaschopné. Po měsících mlčení Tesla v srpnu konečně potvrdila, že odklad skutečně přijde. Kvůli nedostatku baterií bylo představení jejího Cybertrucku posunuto na rok 2022. Tento masivní pick-up je spolu s (rovněž odloženým) tahačem Semi jedním z horkých kandidátů na využití článků 4680. Vzhledem k rozměrům to nepochybně bude „žrout“ energie. Nové články tak bude nutně potřebovat. /jj/
