Kdy už nám vydrží mobil nabitý více než den?

18.2.2014

BATERIE  V porovnání s tím, jak dokáže „energie na cesty“ balit pozemská geologie, jsou i ty nejlepší oplatky k ničemu.

Fosilní paliva jsou tak dokonalé balíčky energie, že lidské výtvory s nimi nesnesou srovnání.

Tesla Model S, jeden z mála úspěšných elektromobilů současnosti. Zdroj: Tesla Motors
Tesla Model S, jeden z mála úspěšných elektromobilů současnosti. Zdroj: Tesla Motors

Jak chabě si ve skladování energie vedeme? Energetický obsah litru benzínu je zhruba 13 kilowatthodin na kilogram (kWh/kg). My lidé podobná paliva zatím v podstatě nevyrábíme, spíše skladujeme elektřinu. Nejlepší jsou dnes lithiové baterie. Jejich energetická hustota se dnes pohybuje zhruba od 0,15 do 0,25 kWh/kg (častěji se uvádí jako 150–250 Wh/kg).

Jistě, baterii lze na rozdíl od benzínu použít vícekrát, ale zato mají řadu dalších nevýhod. Jsou tak drahé, že cena watthodiny elektřiny z tužkové baterie, kterou si koupíte v trafice, je téměř vždy vyšší než cena z fotovoltaické elektrárny v dobách nejvyšších dotací.

Navíc nejde jen o to, že elektroenergetikům by se hodil levný a účinný způsob skladování energie, všichni už máme dost mobilů, které se na konci dne vybijí. Jaká je naděje, že se to v nejbližší době změní?

Kde jsme dnes

Současné možnosti i směry dalšího vývoje budeme demonstrovat na příkladu elektromobilů. Jde o jakousi zlatou střední cestu mezi „velkou“ energetikou a konzumní elektronikou. Výhledově se například uvažuje o zapojení elektromobilů do energetické sítě (měly by sloužit jako velká distribuovaná baterie), zároveň však každý z nás zná výkony vozů se spalovacím motorem, a tak se při srovnání nemusíme spoléhat jen na abstraktní čísla.

Osobní auto potřebuje na 100 kilometrů zhruba 20 až 40 kWh energie. To znamená několik kilogramů benzínu, pár desítek tun vody z Velkých strání nebo baterii o hmotnosti zhruba 200 kilogramů, pokud by používalo moderní Li-on baterie. Kdyby používalo olověné akumulátory, bylo by to zhruba třikrát více. Právě to je důvod, proč dnes mají elektromobily standardně reálný dojezd kolem 100 či 150 kilometrů. Větší baterie by pro většinu z nich přiliš těžká.

Existují i elektromobily s podstatně větším dojezdem, příkladem může být velmi úspěšný sedan Tesla S prodávaný od loňského roku. Má dojezd až kolem 400 kilometrů, ale to má svou cenu: auto stojí v Evropě od 72 000 euro (tj. 1,8 milionu korun). Cena baterie činí odhadem odborníků – výrobce ji nezveřejňuje – zhruba 200 tisíc korun. A to je Tesla na trhu v poměru k výkonu nejlevnější.

Za takovou cenu a s takovými výkony se baterie mohou stát masovou záležitostí jen těžko. Tesla však ukazuje cestu alespoň co se týče dojezdů; většina zákazníků je spokojená, i když na dlouhé cesty musí používat jiný vůz. Bez technologického pokroku elektromobily nikdy skutečnou náhradou spalovacích motorů být ovšem nemohou.

Krátký dech

Odborníci dnes nepředpokládají, že by se podařilo zcela zásadně (tj. na méně než polovinu) snížit výrobní cenu dnešních baterií, i když sériové výroby se teprve rozbíhají. Výroba lithiových baterií je náročný proces, energeticky i surovinově (viz SPE léto 2013). Spíše se zdá pravděpodobné, že se může zlepšovat jejich kapacita, a tedy klesat cena v poměru k výkonu. Vozům (a dalším zařízením) by pak mohly stačit menší a levnější baterie.

Dobrou zprávou je, že je jasné, s čím by měly pracovat. Špatnou, že jde o lithium, tedy materiál, který se používá už v dnešních bateriích. Tento kov je pro baterie jako stvořený. Je rozšířený, lehký a především udrží velký náboj. Nějaký jiný zázračný materiál už na Zemi asi neobjevíme. Bohužel, vývoj lithiových baterií nejde tak rychle, jak nejen odborníci v oboru doufali.

Podvozek Tesly Model S. Vpředu je patrný elektromotor, sada akumulátorů se skrývá v ploše pod podlahou vozidla. Skrývá je „deska“ pod podlahou prostoru pro cestující, která má délku přes dva metry a tloušťku necelých 20 centimetrů. Zdroj: Tesla Motors
Podvozek Tesly Model S. Vpředu je patrný elektromotor, sada akumulátorů se skrývá v ploše pod podlahou vozidla. Skrývá je „deska“ pod podlahou prostoru pro cestující, která má délku přes dva metry a tloušťku necelých 20 centimetrů. Zdroj: Tesla Motors

Před pět lety, kdy ceny ropy vyskočily až ke 150 dolarům a došlo k oživení zájmu o elektromobilitu, materiáloví vědci na odborných konferencích otevřeně hovořili o tom, že kapacita tzv Li-on baterií a podobných typů, které všichni známe třeba z mobilů a notebooků, by se měla poměrně snadno dostat až na 500 Wh/kg během několika let. Přitom baterie pro novou, konkurenceschopnější kategorii elektromobilů by mohly mít už kapacitu 250 Wh/kg, aby měly dojezd dostačující pro velkou část zákazníků. (Tesla S by pak ujela zhruba 700 kilometrů.)

V praxi se ovšem nedařilo. Vývoj je rozhodně patrný a k nárůstu kapacity dochází rychlostí několika procent za rok, což je rozhodně skvělý výsledek, ale zásadní průlom na obzoru není. Část zisků také nejde na vrub chemikům, ale třeba lepšímu software pro ovládání dobíjení a nabíjení baterií, které se podepisuje například na zlepšení životnosti. (Pokud se samozřejmě někde ve vývojovém středisku některé velké firmy neděje něco, o čem by zbytek světa neměl ponětí. Ale to je nepravděpodobné.)

I tak stále vědci doufají, že „lionky“ mají dost potenciálu zhruba na to, aby dosáhly necelého zdvojnásobení své současné kapacity, tedy na hodnoty kolem 400-500 Wh/

/kg. Kdy to bude, to ale není vůbec jasné. Současným tempem nejdříve za deset let, spíše více. Měly by k tomu stačit stávající technologie s malými změnami, například s pomocí nových elektrolytů a nových sloučenin pro katody a anody či zavádění nanotechnologií do výroby.

Síra a ti druzí

Dál už to ovšem zřejmě jen tak nepůjde. Za 10 let si tedy možná majitelé elektromobilů budou moci rozšířit dojezd možná až na 500 kilometrů či více, ale stále zřejmě za poměrně vysokou cenu. Další směr vývoje je ale nejasný.

V laboratořích se pracuje s několika technologiemi, které by měly tuto hranici překonat, přičemž v podstatě všechny využívají lithia, které je pro svou roli v podstatě ideálním kovem. Bohužel znovu platí, že vývoj je pomalý. Většina z těchto technologií už je teoreticky i prakticky známá několik desetiletí, z laboratoře se až na výjimky ale zatím vůbec nedostaly.

Už desetiletí se například na některých místech světa experimentuje s lithio-sírovou baterií. Kladná elektroda je z lithia, záporná za síry. Systém má teoreticky několikanásobně vyšší kapacitu než dnešní Li-on články, trpí však řadou problémů. Jedním je například velmi rychlé zanášení elektrod sloučeninami, které během provozu vznikají.

S oživením zájmu o vývoj baterií se objevilo několik poměrně slibných náznaků pokroku. Čcheng-tu Liang (na webu ho najdete pod mezinárodní transkripcí jeho jména Chengdu Liang) z Národní laboratoře v Oak Ridge s kolegy údajně narazil na možnou přísadu, která nánosy na elektrodách rozpouští a uvolňuje zpět do elektrolytu.

Ještě lepší zprávu by mohla znamenat technologie lithio-vzduchové baterie. Teoreticky by mohla udržet více než 60krát více energie než dnešní baterie, až 10 000 Wh/kg. Je to hlavně díky tomu, že je výrazně štíhlejší než jiné typy. Obejde se totiž bez jedné elektrody. Katodu (kladnou elektrodu) nemá pevnou, tvoří ji kyslík pronikající zvenčí.

Jednoduše geniální nápad se však realizuje jen těžko. Asi největším problémem je, že lithium divoce reaguje s vodou, které je ve vzduchu ve formě vodní páry více než dost. Akumulátory také mají krátkou životnost a už po několika dobitích jsou zatím (jde jen o laboratorní vzorky) v podstatě k ničemu. I tady se prý potíže ale daří postupně překonávat.

Kalifornská firma PolyPlus tvrdí, že vyvinula lithium-vzduchový článek, který funguje i ponořený v mořské vodě. Má keramický povlak s mikroskopickými průduchy, kterými se k baterii dostanou jen molekuly kyslíku rozpuštěné ve vodě, samotné molekuly vody ovšem ne.Článek je jen na jedno použití, ale protože je na váhu efektivnější než jiné baterie, mohl by najít uplatnění při pohonu podmořských robotů, u kterých je délka provozu pod hladinou tak cenná, že se vyplatí na baterii nešetřit. U nás suchozemců ovšem nic takového neplatí. My bychom rádi baterii levnou, výkonnou a lehkou. V tuhle chvíli nám ovšem nezbývá nic jiného než držet palce výzkumníkům a obrnit se trpělivostí.      

Za kolik je nová baterie?

I ve své kategorii luxusnějších sedanů je model S cenově spíše nadprůměrný a velkou zásluhu na tom mají právě jeho špičkové baterie. Do každého kilogramu baterie Tesla S se vejde zhruba 150 watthodin elektrické energie (bez masivního ochranného krytu a chlazení by to bylo 250 Wh/kg). Náhrada za novou stojí v USA od 10 tisíc dolarů, tedy 200 tisíc korun u menšího modelu s kapacitou 60 kWh. Větší baterie s kapacitou 85 kWh stojí 12 tisíc dolarů, tedy zhruba 250 tisíc korun.          

Kolik vody na pohon auta?

Ve velkém měřítku se baterie ke skladování energie nepoužívají kvůli své ceně. V energetice jsou nejúčinnějším způsobem jejího skladování přečerpávací elektrárny, které dokáží spolehlivě uchovat a vrátit do sítě více jak tři čtvrtiny uložené energie s minimálními provozními náklady (o nich více v SPE podzim 2013).

Ale kolik energie vlastně voda dokáže uchovat? Budete se divit: tuna vody v přečerpávací elektrárně s převýšením 100 metrů má energii zhruba 0,28 kWh, tedy 50krát méně než litr benzínu (byť spalovací motor z téhle energie nevyužije ani polovinu). Velké Stráně mají převýšení kolem 500 metrů, tak je množství energie pětinásobné: cca 1,3 kWh na tunu vody v horní nádrži, když započteme ztráty na turbínách. Na stokilometrovou cestu autem by muselo z Velkých Strání vytéct zhruba 20 tun vody. Nepraktické, že?     

Názor experta:

Tom Hyan

šéfredaktor Automobil Revue, první český novinář, který si vyzkoušel vůz Tesla Model S

Po svezení s Teslou Model S musíme říct, že stroj pracuje bez kompromisů a neobtěžuje řidiče žádnými neduhy. Chybu kromě poněkud vyšší ceny jsme nenašli. Zažili jsme při zkouškách i několikahodinové popojíždění v koloně na dálnici, Tesla ovšem měla v bateriích stále dostatečnou rezervu. U zkoušených vozů hlásil displej zaručený dojezd 350 až 450 kilometrů a hodnota se měnila přesně podle najetých kilometrů. Díky akumulátorům uloženým v podlaze má vůz také příkladné jízdní vlastnosti. A i když je maximální rychlost omezena na 210 km/h, na sto šedesát se rozjede rychle a bez nadměrného úsilí.

Autor: spe                                      

Svět plný energie > Zajímavosti > Kdy už nám vydrží mobil nabitý více než den?

Stránka nebyla nalezena.

Stránka, kterou hledáte, byla pravděpodobně odstraněna, byla změněna její adresa nebo je dočasně nedostupná.
Aktuality
15.4.2019 OZE dodaly v Německu 65% elektřiny

AKTUALITY - První týden v březnu Německo zažilo energetickou premiéru: obnovitelné zdroje energie (OZE) vyrobily rekordních 65 % veškeré elektřiny. celý článek

11.3.2019 Ve Fukušimě není místo pro hlínu

AKTUALITY - Osm let po havárii Fukušimy se její likvidátoři potýkají s nepříjemným problémem - nedostatkem místa pro nebezpečný odpad.  celý článek

4.2.2019 Jak skladovat elektřinu v betonu

SKLADOVÁNÍ ENERGIE - Švýcarský start-up zkouší prorazit s velmi netradiční „baterií“, která se neobejde bez jeřábu. celý článek

17.12.2018 Finové se těší na jaderný odpad

AKTUALITY - Začátkem prosince 2018 uložili technici na katastrálním území obce Eurajoki dvě nádoby z mědi a oceli s falešným jaderným odpadem. Uvnitř na míru vyrobených kontejnerů je tepelný článek, který napodobuje chování materiálu z vyhořelých jaderných článků. celý článek

3.10.2018 Pět set korun za připojení

100 LET - Stejně jako dnes platilo také samozřejmě i tehdy - za první republiky, že připojení do elektrické sítě nebylo zcela zadarmo. celý článek

Stránka nebyla nalezena.

Stránka, kterou hledáte, byla pravděpodobně odstraněna, byla změněna její adresa nebo je dočasně nedostupná.
  

Chcete dostávat své osobní vydání tištěného magazínu Svět plný energie?

Ano, chci

Podporujeme:

SVĚT PLNÝ ENERGIE

Webový magazín a tištěný
čtvrtletník přináší témata,
zajímavosti, rozhovory
a důležité informace nejen
ze světa plného energie.

Pro Lumius, spol. s r.o.
vydává Business Media CZ

Redakce:
Josef Janků,
Jakub Merta, Jan Gregor

Grafické zpracování:
Michael Ehrlich

Texty:
neoznačené materiály jsou redakční

Foto:
archiv firem a autorů, redakce,
Thinkstock

Kontakt:

Stránka nebyla nalezena.

Stránka, kterou hledáte, byla pravděpodobně odstraněna, byla změněna její adresa nebo je dočasně nedostupná.
Aktuality
15.4.2019 OZE dodaly v Německu 65% elektřiny

AKTUALITY - První týden v březnu Německo zažilo energetickou premiéru: obnovitelné zdroje energie (OZE) vyrobily rekordních 65 % veškeré elektřiny. celý článek

11.3.2019 Ve Fukušimě není místo pro hlínu

AKTUALITY - Osm let po havárii Fukušimy se její likvidátoři potýkají s nepříjemným problémem - nedostatkem místa pro nebezpečný odpad.  celý článek

4.2.2019 Jak skladovat elektřinu v betonu

SKLADOVÁNÍ ENERGIE - Švýcarský start-up zkouší prorazit s velmi netradiční „baterií“, která se neobejde bez jeřábu. celý článek

17.12.2018 Finové se těší na jaderný odpad

AKTUALITY - Začátkem prosince 2018 uložili technici na katastrálním území obce Eurajoki dvě nádoby z mědi a oceli s falešným jaderným odpadem. Uvnitř na míru vyrobených kontejnerů je tepelný článek, který napodobuje chování materiálu z vyhořelých jaderných článků. celý článek

3.10.2018 Pět set korun za připojení

100 LET - Stejně jako dnes platilo také samozřejmě i tehdy - za první republiky, že připojení do elektrické sítě nebylo zcela zadarmo. celý článek

Stránka nebyla nalezena.

Stránka, kterou hledáte, byla pravděpodobně odstraněna, byla změněna její adresa nebo je dočasně nedostupná.
  

Chcete dostávat své osobní vydání tištěného magazínu Svět plný energie?

Ano, chci

Podporujeme:

SVĚT PLNÝ ENERGIE

Webový magazín a tištěný
čtvrtletník přináší témata,
zajímavosti, rozhovory
a důležité informace nejen
ze světa plného energie.

Pro Lumius, spol. s r.o.
vydává Business Media CZ

Redakce:
Josef Janků,
Jakub Merta, Jan Gregor

Grafické zpracování:
Michael Ehrlich

Texty:
neoznačené materiály jsou redakční

Foto:
archiv firem a autorů, redakce,
Thinkstock

Kontakt: