Lithium-iontové elektrické články budou ještě vládnout

Elektromobily, elektroniku a obnovitelné zdroje spojuje uchovávání energie v bateriích a akumulátorech. Jejich tempo inovací je však podstatně nižší než rozvoj mobilních a přenosných elektronických zařízení.

Takto vypadá budoucnost elektromobilů podle Chevroletu | na serveru Lidovky.cz | aktuální zprávy Takto vypadá budoucnost elektromobilů podle Chevroletu | foto: Reuters
Takto vypadá budoucnost elektromobilů podle Chevroletu | na serveru Lidovky.cz | aktuální zprávy

Vynález baterie, respektive elektrického článku, v roce 1799 či 1800je připisován italskému fyzikovi Alessandru Voltovi. A nic na tom nemění ani objev mýty ověnčených starověkých baterií, které v roce 1938 vykopal za Bagdádem německý archeolog Wilhelm König. Princip elektrických článků se v podstatě nezměnil.

Zpráv o přelomových vynálezech v uchovávání energie se objevují desítky ročně. Jaký typ baterie pohání současný mobilní telefon? A co uměl a čím byl poháněn před pěti, deseti lety? Funkčně jde o téměř nesrovnatelné přístroje, které se však z hlediska zásobování energií liší nejspíše jen kapacitou akumulátoru typu Li-Ion. Jeho historie začíná v roce 1912, přičemž masově jej začala před 25 lety vyrábět firma Sony.

Akumulátorová hra

Výrobci počítačových operačních systémů a čipů si již zvykli své produkty přizpůsobovat existující a dosažitelné úrovni napájecích článků. Procesory se spokojují se stále nižším množstvím energie, aplikace bývají vyvíjeny environmentálně šetrnými postupy. Situace se ale mění. Do akumulátorové hry vstupují noví hráči s podstatně vyššími požadavky – především tradiční i novodobí zástupci automobilového průmyslu, kteří chtějí získat náskok před konkurencí.

Do akumulátorové hry vstupují noví hráči s podstatně vyššími požadavky – především tradiční i novodobí zástupci automobilového průmyslu, kteří chtějí získat náskok před konkurencí

Tempo inovací v technologiích pro uchovávání energie se zvyšuje. Použití v praxi se ale dočkávají spíše jen dílčí vylepšení baterií a akumulátorů. Podle společnosti McKinsey významné technologické i automobilové firmy čekají na „tu pravou, perfektní náhradu“ prověřených typů. Pokud totiž vsadí na neperspektivní novinku, může jít o ekonomicky osudové rozhodnutí. Platí to zejména pro relativně nové automobilky, které svou budoucnost spojují výhradně s elektromobily.

Hybridní elektrické vozy kombinují spalování a elektřinu, jež se generuje v interních systémech automobilu. Samostatnou kapitolu představují vozidla Plug-in Hybrid Electric Vehicles (PHEV), jež mohou spalovat běžná nebo alternativní paliva, ale současně je lze provozovat jen na elektrickou energii a dobíjet interně nebo z externích zdrojů. Masovému rozvoji elektromobility brání zatím vysoká cena vozidel a nedostatečná infrastruktura.

Pozitivní perspektiva

Podle studie Bloomberg New Energy Finance se automobily s „elektrickou“ přípojkou podílí na globálním vozovém parku desetinou procenta. Představitelé Organizace zemí vyvážejících ropu (OPEC) předpokládají, že se zastoupení elektromobilů v celosvětově provozovaných vozidlech do roku 2040 zvýší na pouhé procento. Ryan Lance, generální ředitel ropné společnosti Conoco Phillips, loni předpověděl, že elektřinou poháněné automobily nebudou mít prakticky žádný hmatatelný dopad příštích 50 let.

Současné prodeje elektromobilů ale nabízejí pozitivnější perspektivu – loni vzrostl jejich odbyt meziročně o 60 procent. V podstatě identické číslo předpovídají manažeři společnosti Tesla Motors až do roku 2020. Stejným tempem se na trhu ve druhém desetiletí 20. století prosazoval průkopník masové mobility Ford T. Loni světový trh podle agentury Bloomberg odebral 462 tisíc elektromobilů, v roce 2040 by mělo jít o 41 milionů.

Současné prodeje elektromobilů nabízejí pozitivní perspektivu – loni vzrostl jejich odbyt meziročně o 60 procent. V podstatě identické číslo předpovídají manažeři společnosti Tesla Motors až do roku 2020.

Elektromobily mají postupně zvyšovat zastoupení zejména v segmentu lehkých užitkových vozů – v roce 2040 by to mělo být 35 procent. V příštích 18 měsících se mají na trhu objevit vozidla na elektrický pohon s dlouhým dojezdem a ve střední cenové kategorii, například Chevrolet Bolt SUV nebo Tesla Model 3.

Jejich očekávané parametry, zejména dojezd, zhruba odpovídají současným možnostem vozu Tesla Model S. V jeho případě a v konfiguraci 90D výrobce udává dosah necelých 500 kilometrů na jedno dobití akumulátoru. Nejnižší ceny podobných vozidel nepřesáhnou 30 tisíc dolarů.

Analytici však byli příliš optimističtí. Cena modelu Tesla 3 začíná bez jakýchkoli slev či daňových úlev na 35 tisících dolarů a jeho dojezd činí necelých 350 kilometrů. Chevrolet Bolt SUV začíná na 37 500 dolarech bez jakýchkoli úlev, ale jeho předpokládaný dojezd je ještě nižší, zhruba 320 kilometrů.

Nižší spotřeba ropy

Elektromobily bývají považované za ekologická vozidla. Výzkumníci z Norské univerzity věd a technologií před několika lety porovnali nároky na výrobu a provoz elektrických a konvenčních automobilů po celou dobu jejich životnosti. Automobily se spalovacími motory zatěžovaly životní prostředí především provozem, elektromobily výrobou. Šetrnější se ukázal elektrický pohon, rozdíly však v mnoha parametrech nebyly velké.

Podle „agresivní“ predikce rozvoje elektromobility agentury Bloomberg by provoz elektrických vozidel mohl již v roce 2023 snížit spotřebu ropy o dva miliony barelů denně

Podle „agresivní“ predikce rozvoje elektromobility agentury Bloomberg by provoz elektrických vozidel mohl již v roce 2023 snížit spotřebu ropy o dva miliony barelů denně. Podmínkou je zachování současného tempa každoročních prodejů, o čemž však pochybují těžaři ropy i analytici. Na konspiračních serverech jsou průběžně oživované „zaručené informace“ o údajném odkupování revolučních energetických patentů zástupci ropného průmyslu.

Nyní by se na nich mohly objevit podobné zprávy, ale namísto naftařů by nastoupili elektrotechnici. Ti si v průběhu let vybudovali pokročilé a efektivní výrobní postupy, zázemí a uzavřeli dlouhodobé kontrakty na dodávky potřebných nerostů. Vše jim bude vycházet, pokud se zásadně nezmění technologie, respektive cílový produkt. Masově akceptované revoluční řešení baterií a akumulátorů by jejich letitý byznys významně ohrozilo.

Tuzemský um

U elektromobilů se o slovo hlásí i čeští vědci a vynálezci. Investory letos například přilákala tuzemská společnost BattSwap, jež vyvíjí systém na automatizovanou výměnu baterií – prototyp zařízení ji zvládá zhruba za půl minuty. Vůz nečeká na dobití, automat mu vymění vybité akumulátory za nabité. Tradiční připojení k napájecímu zdroji trvá minimálně několik desítek minut. O úspěchu systému BattSwap rozhodne zájem výrobců elektromobilů a jejich ochota řešení podpořit a standardizovat.

U elektromobilů se o slovo hlásí i čeští vědci a vynálezci. Investory letos například přilákala tuzemská společnost BattSwap, jež vyvíjí systém na automatizovanou výměnu baterií – prototyp zařízení ji zvládá zhruba za půl minuty.

Jiný příklad tuzemského umu v uchovávání elektrické energie je dílem vědce a vynálezce Jan Procházky. Jeho společnost He3Da si loni nechala patentovat 3D lithiové velkokapacitní elektrické články. Při jejich zatím laboratorní výrobě používá elektrody z lithiových nanomateriálů, které skládá na sebe. Podle odborníků jde o jednoduché a současně efektivní řešení. Tloušťka elektrod ovlivňuje vlastnosti akumulátoru, zejména rychlost nabíjení a vybíjení nebo výkon.

Společnost He3Da má v portfoliu dva základní typy – první označuje Clasik Sendvič, druhý Palačinka. Liší se tloušťkou elektrod a cílovým uplatněním. Clasik Sendvič má levně uchovávat velké množství energie, palačinka s tenčími elektrodami umožňuje zase rychlé nabíjení a vybíjení. Právě ona, respektive její princip, by mohla zamířit do elektromobilů. Mezi výhody nového typu článků patří jednodušší a materiálově méně náročná výroba, bezpečnost provozu a vysoká přizpůsobitelnost.

Společnost He3Da letos na jaře získala čínského investora, který do projektu vloží v přepočtu 2,7 miliardy korun. První továrnu, v níž hodlá především vyvíjet a produkovat výrobní technologie, postaví firma v Horní Suché u Havířova. Masová výroba se nejprve rozeběhne v Číně a poté bude licencována dalším zájemcům.

Zlevnění

Analytici společnosti McKinsey i experti organizace International Renewable Energy Agency (IRENA) předpokládají, že se ceny lithium-iontových baterií, nejrozšířenějšího typu elektrického článku v elektronice a elektromobilech, do roku 2020 výrazně sníží. Díky rozmachu elektrických vozidel po nich totiž roste poptávka. Neodmítají ani nástup nové technologie, nového typu baterií, ale nepředpokládají její masové uplatněni v průběhu několika let.

Úspory z rozsahu zlevní do deseti let baterie Li-Ion zhruba o třetinu. Další čtvrtinu ubere vyšší produktivita výrobců komponent, kteří díky pozitivním obchodním výhledům sníží marže. Další redukci ceny přinese rozvoj dílčích technologií.

Sázejí na tři faktory, jež sníží ceny současných, případně mírně inovovaných lithium-iontových článků. Zvýšenou poptávku již dnes následuje rozvoj výrobních kapacit. Úspory z rozsahu zlevní do deseti let baterie Li-Ion zhruba o třetinu. Další čtvrtinu ubere vyšší produktivita výrobců komponent, kteří díky pozitivním obchodním výhledům sníží marže. Další redukci ceny přinese rozvoj dílčích technologií.

Analytici společnosti McKinsey sázejí především na materiálové změny katod, anod a elektrolytů. Jejich obměny zvýší úložnou kapacitu baterií, prodlouží životnost a sníží cenu. Třetí, technologický faktor může vyústit v onu dlouho očekávanou „lepší a všeobecně akceptovanou bateriovou alternativu“.

Spotřební elektronika

Inovace, které sníží cenu akumulátorů pro elektromobily, by se nejprve měly objevit ve spotřební elektronice. Analytici společnosti McKinsey označují poptávku na tomto trhu za intenzivnější. Uživatelé chtějí levnější a výkonnější baterie. Čistě spekulativně, první požadavek se plní, o druhém lze diskutovat. Totéž platí pro elektromobily.

Inovace, které sníží cenu akumulátorů pro elektromobily, by se nejprve měly objevit ve spotřební elektronic

Zatímco před dvěma lety pořizovaly automobilky do svých vozů sady akumulátorů typu Li-Ion za 500 dolarů za kilowatthodinu (kWh), za čtyři roky by mělo jít o 200 dolarů za kWh a v roce 2025 o 160 dolarů. Při ceně 250 dolarů za kWh by se pořizovací cena elektromobilů stala konkurenceschopnou vozům s konvenčním spalovacím pohonem.

Podobnou predikci zlevňujících elektromobilů nabízí i agentura Bloomberg, respektive její divize New Energy Finance. Lithium-iontové baterie podle ní zlevnily za uplynulých pět let o 65 procent – loni se pohybovala okolo 350 dolarů za kWh, v roce 2030 se dostane pod 120 dolarů. Otázkou je, zda stále půjde o letitý typ Li-Ion, nebo o některého z jeho výkonnějších nástupců.

Důsledky elektrifikace silniční dopravy

Podle analytiků společnosti Bloomberg se rovněž přibližuje doba, kdy elektrické automobily budou z hlediska celkových nákladů výhodnější než vozy s tradičním spalovacím pohonem – v polovině třetího desetiletí 21. století. Akumulátorové systémy tvoří zhruba třetinu prodejní ceny elektromobilů. Predikovaná situace nastane, i pokud si spalovací motory udrží současné průměrné tempo snižování spotřeby 3,5 procenta ročně. U elektromobilů je totiž vyšší tempo inovací a stupňuje se konkurence, jež snižuje ceny.

Elektrifikace silniční dopravy změní několik hospodářských odvětví. V kombinaci s autonomními, tedy samořiditelnými vozy se mohou elektromobily obejít ve standardních podmínkách bez řidičů.

Elektrifikace silniční dopravy změní několik hospodářských odvětví. V kombinaci s autonomními, tedy samořiditelnými vozy se mohou elektromobily obejít ve standardních podmínkách bez řidičů. Náhradu za ně představují technologie umělé inteligence ve spojení s cenově dostupnými automobily na elektrický pohon.

Potenciál baterií typu Li-Ion v desetiletém horizontu nesnižují ani analytici společnosti Lux Research. Podle jejich studie z prosince 2015 se z nich stane standardní zdroj energie pro elektricky poháněná vozidla. Ačkoli je některé alternativní technologie v kvalitativních a bezpečnostních parametrech překonávají, například Solid-State (pevný elektrolyt), Li-S (lithium-síra), Li-Air (vzduch) nebo Na-Ion (sodík), v dohledné budoucnosti nad nimi budou vítězit cenou.

Zvyšování energetické hustoty

Lithium-iontové baterie ale nestagnují. Analytici společnosti IDTechEx vývoj cen a kapacit sledují a podle nich baterie Li-Ion každý rok zvýší svou energetickou hustotu (množství uchovávané energie na objemovou jednotku) o pět procent a sníží cenu o osm procent.Díky limitům použitých materiálů se jejich výkonnostní parametry jednou zastaví na svých maximech. A poté nastane věk „post Li-Ion“ baterií. Ty si v roce 2025 ukrojí z globálního trhu zhruba desetiprocentní podíl, čili opět nečekejme velké změny.

Analytici společnosti IDTechEx vývoj cen a kapacit sledují a podle nich baterie Li-Ion každý rok zvýší svou energetickou hustotu (množství uchovávané energie na objemovou jednotku) o pět procent a sníží cenu o osm procent.

Uchovávání energie není perspektivní pouze z hlediska rozvoje technologií, ale i byznysu. V letech 2014 až 2019 poroste jeho obrat podle firmy TechNavio v průměru o 11,9 procenta. Loni vynesly stacionární, tedy nemobilní, instalace akumulátorů typu Li-Ion výrobcům 775,4 milionu, v roce 2024 podle společnosti Lux Research 15,8 miliardy dolarů.

Podíl jiných typů baterií se ve sledovaném horizontu a v subsegmentu stacionárních instalací výrazně nezmění. Mezi lídry trhu Li-Ion řadí firma Lux Research jihokorejské duo Samsung SDI a LG Chem, které mají nejlépe nastavené strategie a současně vykazují vysoce konkurenceschopné hospodářské výsledky. Ve druhém sledu figurují společnosti Toshiba, Panasonic, Hitachi nebo Sony.



Počet příspěvků: 1, poslední 3.9.2016 02:20 Zobrazuji posledních 1 příspěvků.