Zdá se, že snahy o nahrazení lithia v automobilových bateriích začínají slavit úspěchy. Čínští vývojáři hlásí natolik výrazný pokrok v odstraňování nedostatků sodíkových článků, že už na nich staví svou budoucnost hned několik tamních automobilek. Ceny aut by díky nové technologii mohly klesnout o desítky až stovky tisíc.
V polovině dubna čínská společnost CATL, největší světový výrobce baterií, překvapila automobilový průmysl oznámením, že bude dodávat do elektromobilů nové typy baterií, které se dosud v automobilech neobjevily. Tweet, kterým tuto zprávu zveřejnili, byl velmi stručný, postupně se však objevily další podrobnosti. Nové baterie budou v automobilech společnosti Chery Auto, konkrétně v nové řadě vozů, která ponese označení iCar.
Co se týče technické stránky věci, nové baterie určené pro automobily obsahují sodík místo lithia. I když tento kov nemá úplně stejné vlastnosti jako lithium, už řadu let je známo, že z něj lze postavit kvalitní baterii. Lithiové baterie se nicméně ukázaly jako výhodnější pro řadu různých důvodů, a sodíkové baterie se doposud nedočkaly takového rozšíření.
Její energetická hustota je 160 Wh/kg a společnost CATL má patent na zvýšení této hodnoty na 200 Wh/kg. Baterii lze údajně nabít z 0 % na 80 % kapacity za pouhých 15 minut. Její životnost má být podle výrobce více než tři tisíce nabíjecích cyklů, což odpovídá ujetí milionu kilometrů. (Vzhledem k tomu, že právě nízký počet nabíjecích cyklů byl problémem celé řady vývoje sodíkových baterií, je tento údaj dosti překvapivý.)
Nová baterie má být mimořádně levná: náklady činí údajně 77 USD za kWh. To by představovalo úsporu řádově nepochybně desítek, možná stovek tisíc korun na elektromobil. Lithiové baterie se totiž podle dostupných údajů prodávají za ceny převyšující stále ještě 100 USD/kWh. Společnost CATL navíc uvádí, že ceny sodíkových baterií mohou výhledově klesnout na 40 dolarů za kWh.
Největší světový výrobce baterií není jedinou čínskou společností, která věří v použití sodíku v bateriích. V únoru přišel dosud poměrně neznámý výrobce Hina Battery s třemi typy sodíkových baterií a oznámil, že bude spolupracovat s automobilkou JAC. Toto partnerství už nyní vyústilo v testování vozidla na bázi modelu Sehol EX10, a plánuje se jeho uvedení na trh. V březnu zase společnost Farasis Energy oznámila, že bude dodávat sodíkové články společnosti JMEV.
Vůz Sehol X10 je jedním z prvních v Číně a vůbec na světě vyrobených modelů, který by měl dostat sodíkové články © Sehol
Jiné cesty
Je pochopitelné, proč k průlomu v této oblasti došlo v Asii, a zejména v Číně, která je jednoznačnou jedničkou ve výrobě baterií. Podle Bloombergu v roce 2022 bylo v Číně vyrobeno 77 % celkově vyrobených lithium- iontových akumulátorů, přesněji řečeno 77 % celkově vyrobené kapacity. Nikde jinde není tolik odborníků na výrobu baterií.
I když se Evropa i Spojené státy v posledních letech snaží náskok největší asijské ekonomiky srazit, projekce říkají, že to půjde pomalu. Agentura Bloomberg odhaduje, že v roce 2027 bude Čína stále produkovat 69 % celosvětové kapacity lithiových baterií. A to i přesto, že celkové množství baterií by mělo vyrůst zhruba desetinásobně, tedy prakticky o řád. Nové továrny se budou stavět všude — ale nejvíce právě v Číně.
Čínské společnosti se sice soustředily na udržení dominance právě v lithiových bateriích a zdánlivě by tak neměly mít důvod usilovat o změnu technologie. Přesto o ni tamní firmy usilují, a důvod to má prostý: obavy z nedostatku lithia.
Trh s bateriemi roste tak rychle, že v příštích letech (a možná i desetiletích) bude tohoto jinak nepříliš užitečného kovu na trhu nejspíše málo. Agentura Bloomberg nedávno na základě sebraných odhadů odborníků v oboru přišla s odhadem, že trh s lithiem by mohl růst o 20 % ročně, tedy 5× rychleji, než jak je běžné u obdobných komodit, například u mědi.
Růst cen přitom není nezbytně nevyhnutelný. Od roku 2017 do loňského listopadu ceny lithia vzrostly čtyřnásobně — aby pak klesly o dvě třetiny. V roce 2023 se až do 20. dubna nenašel jediný den, kdy by cena lithia (respektive cena uhličitanu lithného, se kterým se obchoduje) stoupala. Situace tedy není pro výrobce vždy nepříznivá, je ovšem nepředvídatelná a nejistá.
Nevýhodou z pohledu Pekingu je i to, že Čína nemá dostatečné domácí zásoby tohoto prvku. Čína přímo těží v posledních letech zhruba 13 % světového lithia. Má ovšem zdaleka největší zpracovatelské kapacity na světě. Zhruba 60 % světového lithia se přepracovává právě v Číně, a jak jsme už viděli, v zemi se pak vyrábí drtivá většina článků.
Čínské společnosti jsou tedy závislé na dovozu a situaci na světovém trhu. Aby nejistotu snížily a zajistily si výhodné postavení pro další tempo rozvoje, čínské firmy mohutně investují do získání lithiových těžebních kapacit v zahraničí. Dělají prostě vše pro to, aby lithia měly více.
Druhou možností je samozřejmě udržet poptávku po lithiu na uzdě. V případě jiných materiálů pro baterie to šlo. Množství například niklu či kobaltu se snižuje a pravděpodobně bude i nadále snižovat. Lithium je ovšem pochopitelně nenahraditelné, a panují tak obavy, že vysoké ceny se budou vracet.
Zkusme všechno
Sodíkové baterie jsou přitom lithiovým v některých ohledech velmi blízké, což je nezanedbatelná výhoda. Údajně je například možné vyrábět oba typy technologií ve stejném závodě s využitím stejných linek (přinejmenším tedy částečně). To alespoň tvrdí zástupci společnosti CATL, která se vývoji sodíkové technologie začala ve větším měřítku věnovat pouze před několika lety.
Nedávno údajně dokončila svou první velkou linku na produkci sodíkových článků, která by se měla brzy rozběhnout: „Jsme připraveni je průmyslově vyrábět,“ potvrdil pro NY Times zástupce výzkumného ústavu
CATL během rozhovoru v sídle společnosti v čínském Ning-te.
O tom, jak bude přesně nový produkt vypadat, zatím nevíme dost. Podle dosavadních vyjádření se zdá, že možná půjde o baterii kombinující osvědčené lithiové články se sodíkovými v jedné sadě. Firma tvrdí, že tak dokáže vhodně skloubit žádoucí vlastnosti obou typů. CATL přitom není jedinou čínskou firmou v oboru. Podle analytické společnosti Benchmark Minerals v současnosti už běží, staví se nebo se pouze připravuje 28 větších závodů na sodíkové baterie. A prakticky všechny, s výjimkou doslova pár linek, jsou v Číně.
Během příštích několika let se tedy v Číně vyrobí téměř 95 % světové kapacity sodíkových baterií. Výroba lithiových baterií bude v té době stále mnohonásobně vyšší než výroba sodíkových baterií. Sodík je z tohoto pohledu teprve na začátku možného boomu.
Hojný a hořlavý
Proti lithiu má sodík z hlediska výrobců jednu hlavní výhodu: je levný a hojně dostupný. Pro představu, sodík je údajně šestým nejrozšířenějším prvkem v zemské kůře. Tvoří přibližně 2,6 % zemské kůry. Lithium je mnohem vzácnější, jeho podíl na složení zemské kůry se odhaduje na několik tisícin, zhruba 0,002 až 0,007 %.
I do těžby sodíku by se muselo samozřejmě nejprve investovat. Více než 90 % prokázaných světových zásob snadno vytěžitelného uhličitanu sodného, hlavního zdroje sodíku, dnes připadá na USA. Velké ložisko se nachází například ve Wyomingu a hlavní využití je ve sklářském průmyslu.
Ale to je řeč pouze o známých a prozkoumaných nalezištích. Na Zemi bude určitě spousta jiných slibných zdrojů sodíku, které prozatím nikomu nestály za námahu. Což by případný úspěch sodíkových elektromobilů mohl samozřejmě změnit. V praxi přitom nejde o úplně špatnou náhradu za lithiové. Výrazně lépe například snášejí nízké provozní teploty. Snášejí relativně dobře i teploty kolem −20 °C.
Teoreticky možná maximální energetická hustota je téměř 800 Wh/kg. To je skoro dvakrát tolik, než kolik činí teoretické maximum lithium-iontových baterií. V praxi jsou dnešní lithiové baterie v tomto ohledu výrazně lepší než sodíkové. První generace sodíkových baterií pro elekt romobi ly má hustotu zhruba 140—170 Wh/kg. Lithiové baterie třeba u novějších typů Tesly mají hustotu prakticky dvojnásobnou, kolem 300 Wh/kg.
Ovšem pokud by sodíkové baterie byly výrazně levnější, nad nižšími výkony by především méně majetní automobilisté jistě rádi přimhouřili oči. Ostatně, ono se právě to v určité míře děje už dnes. Například výrobci dávají do levnějších modelů svých vozů jiné baterie než do těch „prémiových“.
Pro levnější základní modely se využívají ve stále větší míře lithium-železo-fosfátové baterie, tzv. LFP. Nejprodávanější čínský elektromobil, Wuling Mini za 4 500 dolarů (cca 100 tisíc korun), používá právě LFP články od čínských výrobců (např. Hefei), do svých nejlevnějších modelů je v Číně dává i Tesla (a dodává jí je CATL).
Kdo z vás je zná?
Sodíkové články a baterie nejsou pochopitelně ve všem lepší než lithiové. Sodík je stejně jako lithium velmi nebezpečný materiál, který na vzduchu okamžitě hoří. S bezpečností to tedy také není ideální.
Hlavní problém technologie ovšem není v tom, že by byla nebezpečná pro hasiče — je příliš nebezpečná pro investory. V praxi se zatím prakticky nevyzkoušela a sodíkových baterií je na světě pár. Lithiové už jsou dobře známé, a i když mají své chyby, nakupující už ví, co od nich mohou očekávat: vědí, že jim při správném managementu opravdu mohou vydržet v provozu roky.
Sodík je zatím velkou neznámou. Právě trvanlivost sodíkových baterií byla jejich největší nevýhodou. Vývoj materiálů, které by snesly tisíce nabíjecích a vybíjecích cyklů, byl obtížný. Je velmi dobře možné, že první generace těchto baterií nesplní očekávání a jejich složení se bude ještě poměrně výrazně měnit a upravovat. Ostatně ani u lithiových článků se vývoj nikdy zcela nezastavil a stále je co zlepšovat.
| ZÁKLADNÍ KONSTRUKCE |
| Sodíkové baterie mají klasickou konstrukci jako každý jiný elektrochemický zdroj — kladnou elektrodu, zápornou elektrodu a elektrolyt. Zvláštností těchto baterií je na jedné straně jejich provozní teplota, která se pohybuje od 270 až do 350 °C, a na druhé straně fakt, že elektrody nejsou v pevném, nýbrž v kapalném skupenství. Existují dva hlavní typy: sodíkovo-sírová a sodíkovo-niklová, přičemž všechny nově představené baterie do elektromobilů zřejmě patří do první skupiny. Provozní teplota tohoto typu se při nabíjení i vybíjení pohybuje od 300 do 350 °C. Během vybíjení záporná sodíková elektroda oxiduje na oxid sodný a na rozhraní elektrody a elektrolytu se vytváří ionty Na+. Tyto ionty migrují přes pevný elektrolyt, jímž je beta-oxid hlinitý. Na kladné elektrodě probíhá redukce za vzniku sulfidu sodného. |