Čínská společnost CATL, největší světový inovátor a výrobce baterií, nedávno představila řešení, která by mohla brzy umožnit uchovat v kompaktním objemu energii postačující k napájení rozsáhlých systémů, a to s možností jejího bleskového doplnění. Pokrok otevírá dveře k novým aplikacím a posouvá hranice možností bateriových systémů.
Ukládání energie prochází transformací, která může zásadně ovlivnit dopravu i celé energetické sektory. Schopnost efektivně skladovat elektřinu a rychle ji dodávat tam, kde je potřeba, je klíčem k budoucnosti obnovitelných zdrojů a stabilizaci sítí. Nyní se zdá, že jsme na prahu průlomu, který slibuje radikální zkrácení doby nabíjení a zvýšení energetické hustoty baterií na dosud nevídanou úroveň.
Světová jednička
Sestavy bateriových článků CATL už dnes pohánějí Tesly, BMW, Volkswageny i další značky. Jejich pokrok přímo ovlivňuje naši elektrickou budoucnost, dostupnost a praktičnost elektromobilů. Čína si v této oblasti vybudovala ekosystém, který chrlí nejen obrovské objemy článků a baterií, ale také inovace tempem, jemuž zbytek světa zatím nestačí. A výsledky zmíněné čínské firmy, která je jedničkou nejen v čínském rybníku, ale celosvětově, přímo ovlivňují budoucnost energetiky a dopravy i v Evropě. CATL v rámci šanghajského autosalonu v jediné prezentaci představila hned tři klíčové novinky posouvající hranice. První velkou novinkou je 2. generace „levných“ LFP baterií (lithium ferrophosphate — LiFePO — lithium-železo-fosfát). Tento typ je známý nižší cenou, vysokou bezpečností a dlouhou životností. Nevýhodou je ovšem nižší energetická hustota a horší výkon v zimě. CATL se však snaží omezení FLP překonat. Tvrdí, že její baterie tohoto typu je první na světě, která dosahuje špičkové rychlosti nabíjení 12C. Označení „C-rate“ v podstatě vyjadřuje rychlost nabíjení vůči kapacitě a 12C tedy říká, že by se baterie teoreticky zvládla plně nabít 12× za hodinu. Podle CATL to v praxi vypadá tak, že za pouhých 5 min nabíjení se do baterie může dostat dost energie na zhruba 500km jízdu (měřeno podle čínské normy CLTC, která bývá optimističtější než evropská WLTP). To je tempo 2,5 km dojezdu za sekundu nabíjení. Pro srovnání: Při tankování nafty nebo benzinu je rychlost doplnění energie ve vyšších jednotkách či nízkých desítkách km/s. Baterie by si navíc měla dobře poradit s chladnějšími podmínkami a dobíjet se relativně rychle i při teplotách poměrně hluboko pod nulou. Tempo je ovšem několikrát nižší než při běžných plusových teplotách. Lepší výsledky jsou zjednodušeně řečeno dány tím, že většina vnitřních prvků baterie je vyladěna a optimalizována tak, aby ztráty byly co nejmenší, vznikalo co nejméně odpadního tepla a baterie se nepřehřívala. Ani na tom v principu není nic nového — lepší výkony jen ukazují, že se inovace daří lépe zavádět do praxe. Má to však háček. Aby bylo možné využít plný potenciál nabíjení, potřebujete nabíjecí stanici s výkonem přes 1,3 MW. A megawattové nabíječky rozhodně nejsou a jen tak ani nebudou běžnou součástí infrastruktury. Technologie baterií zde tedy předbíhá možnosti sítě. CATL se ovšem ocitla v soutěži o rychlost nabíjení s hlavním čínským rivalem, společností BYD. Ta jen krátce před tím představila svou technologii nabíjení na úrovni 10C, schopnou dodat energii na 400 km jízdy za 5 min. Světová jednička tedy zřejmě chce ukázat, že si hodlá udržet technologické prvenství. Tento příklad ukazuje, jak rozvoj podporuje dravé konkurenční prostředí mezi čínskými výrobci. Jde o jeden z hlavních principů čínské průmyslové politiky. Stát sice jednotlivé obory podporuje a dotuje za hranici férové obchodní politiky, ať už jde o baterie, nebo solární panely, zároveň si ovšem politici v Pekingu uvědomují, jak je důležité, aby firmy, které mají uspět i ve světě, byly pod tlakem soupeřů. Firma CATL tvrdí, že její technologie bude letos pohánět více než 67 modelů elektromobilů. Není však jasné, kolik z nich dostane nejnovější verzi 12C. Každopádně je tu evidentní snaha eliminovat čekání u nabíječky jako hlavní překážku pro přijetí elektromobilů. A to, že firma dokázala posunout relativně levnou LFP chemii k takovým výkonům, je nepopiratelný inženýrský úspěch.
Levnější náhrada
Další, z technického hlediska největší novinkou byla sodíková baterie Naxtra. Společnost CATL oficiálně spustila tuto značku pro své sodíkovo-iontové (Na- -ion) baterie, které jsou prezentovány jako první masově vyráběné sodíkovo-iontové baterie automobilové třídy na světě. Tato technologie nejen pomáhá řešit špatné výkony lithiových baterií v mrazu, ale především má snižovat ceny, jelikož je pozicována jako alternativa k lithiovým bateriím, pomáhající překonat omezení zdrojů a snížit závislost na lithiu. Sodík je na rozdíl od lithia jedním z nejrozšířenějších, a tedy i nejlevnějších prvků na Zemi. Dlouho se ale nedařilo vyvinout sodíkové baterie s dostatečnou hustotou energie pro použití v autech. Teď CATL tvrdí, že problém vyřešila. Její Naxtra dosahuje na úrovni článku hustoty 175 Wh/kg, což je podle CATL nejvyšší hodnota mezi sodíkovo-iontovými bateriemi na světě. Je navíc srovnatelná s levnějšími lithiovými bateriemi (LFP). A společnost má dokonce ambice v budoucnu dosáhnout 200 Wh/kg. Elektromobilům by tak mohla poskytovat dojezd přes 500 km u čistě elektrických vozidel (BEV) a přes 200 km v hybridním režimu (PHEV/EREV), což je pro řadu uživatelů dostačující. Sodík navíc vyniká po stránce odolnosti vůči mrazu. Baterie Naxtra má i při arktické teplotě −40 °C stále k dispozici 90 % své kapacity a při −30°C si zachovává dokonce 93 % využitelné kapacity. To by znamenalo konec „zimní deprese“ pro elektromobilisty v chladnějších oblastech světa. Baterie podporuje i rychlé nabíjení 5C, takže při teplotě −30 °C se dokáže nabít z 30 % na 80 % za 30 min. Přidejme k tomu vysokou bezpečnost: CATL zdůrazňuje „vnitřní bezpečnost“ dosaženou eliminací faktorů podporujících hoření na úrovni materiálu. Bateriové články úspěšně prošly extrémními zátěžovými testy (víceosé stlačení, průraz hřebíkem, vrtání, řezání pilou) bez požáru nebo exploze — a údajně prokázaly i extrémně dlouhou životnost přes 10 tisíc nabíjecích cyklů (tu běžné auto za dobu své životnosti nevyužije). Potenciálně se tak blíží představě o ideální baterii pro dostupnější elektromobily. CATL plánuje masovou výrobu sodíkových baterií pro osobní auta spustit už v prosinci 2025, přičemž první aplikace bude ve vozidlech využívajících platformu CATL pro výměnu baterií Choco- -Swap. Ještě předtím, v červnu 2025, bude zahájena masová výroba Naxtra 24V integrované startovací/palubní baterie pro těžká nákladní vozidla, kde prvním zákazníkem je FAW Jiefang. Ambicí CATL je, aby Naxtra nahradila až polovinu současného trhu s LFP bateriemi, což podtrhuje její strategický význam i vzhledem k diverzifikaci dodavatelského řetězce, jelikož technologie nevyžaduje kobalt, nikl ani grafit.
Dvě baterie v jednom (autě)
Zlepšení se dá dosáhnout i jinak než jen proměnami chemického složení baterií. CATL chce pro některé modely (třeba autonomní vozidla) nabídnout zajímavé řešení, které zajistí extrémní dojezd či absolutní spolehlivost. Tato architektura baterie, nazvaná Freevoy Dual-Power, staví na předchozím konceptu AB baterie společnosti CATL. Základní myšlenka je rozdělit baterii na dvě „nezávislé energetické zóny“. Každá může mít jinou technologii a vlastnosti. Tento systém umožňuje pět duálních funkcí: vysokonapěťovou, nízkonapěťovou, strukturální, tepelného managementu a bezpečnostní ochrany proti tepelnému úniku, který se někdy přirovnává k dvoumotorovému uspořádání v letadlech. Funguje to jako záložní systém: pokud jedna část z jakéhokoli důvodu selže, druhá energii nadále dodává. CATL zdůrazňuje, že tato duplicita se týká všech klíčových systémů baterie. Duální systém Freevoy firma nabízí jako vhodnou pro autonomní řízení úrovně 3 a 4 — tedy úrovní, na kterých vůz má zcela přebírat některé úkony za řidiče a jízda v těchto případech ani nevyžaduje lidskou pozornost. Takové auto si prostě nemůže dovolit náhlý výpadek proudu. Druhou výhodou je možnost optimalizovat dojezd díky inteligentnímu řízení alokace energie mezi zónami na základě jízdního stavu a návyků řidiče. Jedna zóna může obsahovat baterii pro běžný provoz, druhá pak speciální „prodlužovač dojezdu“ s extrémně vysokou hustotou energie. Výsledkem mohou být skutečně extrémní dojezdy. CATL představila několik konfigurací, například LFP-LFP Dual- -Power se samogenerující anodou s uváděným dojezdem 1 000 km. Vrcholná verze kombinující výkonné NCM články v hlavní zóně a NCM se samogenerující anodou v druhé zóně má nabídnout kapacitu přes 180 kWh a dojezd přes 1 500 km. To je samozřejmě hodnota, která pro většinu řidičů dalece přesahuje jejich potřeby a kvůli ceně půjde zřejmě o řešení pro luxusní segment osobních aut. Architektura je cílena i na další aplikace mimo osobní automobily, jako jsou elektrické autobusy, těžká nákladní vozidla, letadla či lodě. Uvedení na trh se očekává ve vozidlech během 2—3 let. Je to zajímavý příklad postupu, jak lze kombinovat různé technologie (Na-ion, LFP, NCM) pro řešení specifických problémů — ať už jde o strach z malého dojezdu, nebo o zajištění spolehlivosti pro budoucí robotická auta. Technologický pokrok samozřejmě nevyřeší všechno. Elektromobily se zřejmě nevyhnutelně rozšíří, ale nebude to zadarmo a bez potíží. Je nutné masivně investovat do nabíjecí infrastruktury. Stále také musíme řešit otázky spojené s těžbou surovin, i když sodík je v tomto ohledu nadějnější než lithium. Ale občas stojí za připomenutí, kolik praktických překážek už lidská vynalézavost dokázala odstranit, nejen ty, které ještě zbývají. /jj/