Akumulátory jsou pro elektromobily klíčovou součástí a současně také nejdražším náhradním dílem. V průběhu času však ztrácejí kapacitu, a s tím klesá i použitelnost daného automobilu. Co degradaci způsobuje a jak ji může uživatel ovlivnit?
Zásadní výhodou bateriových elektromobilů je jejich mechanická jednoduchost. Tuto výhodu však z velké části umazává přítomnost akumulátoru, dnes běžně složeného z mnoha článků sestavených do několika modulů. Jde o klíčovou část elektricky poháněného vozu, která přímo určuje jeho využitelnost a také představuje nejdražší náhradní díl.
Potíž je v tom, že akumulátory postihuje takzvaná degradace, přičemž jde o nevratný proces. Různými technickými opatřeními a samozřejmě i reálným užíváním elektromobilu lze pouze ovlivnit to, jak rychlá degradace bude. Zastavit ji však nelze. Vůbec největší problém ovšem představuje fakt, že elektromobily se staly fenoménem až v nedávné minulosti, a zatím chybí dostatek přesných informací o tom, jak rychle vlastně akumulátory využívané v elektromobilech stárnou, o kolik přesně se zkracuje dojezd, a kdy automobil přestává být smysluplně použitelný. Presto (nebo právě proto) stojí alespoň základní teorie a dnes známé skutečnosti za pozornost.
„U akumulátoru existují dva základní druhy degradace," vysvětluje Jakub Čejka, technický ředitel společnosti IBG, zabývající se kromě jiného trakčními bateriovými systémy a dobíjecí infrastrukturou pro elektromobilitu, a pokračuje: „První je materiálová, kdy dochází k porušení samotné struktury akumulátoru, ke kterou je vázáno lithium. Druhá degradace je daná provozem. Akumulátor má rád stabilitu a klid. Čím špičkovější odběry a výkony, tím hůře pro nej".
Při podrobnějším rozboru degradace zjistíme, že snižující se kapacita vyplývá ze ztráty iontu lithia a ztráty aktivních materiálu na katodě i anodě. Procesů přispívajících k těmto efektům existuje řada a velmi často vyplývají z chemických reakcí v jednotlivých článcích. Jedním z tech nejdůležitějších je efekt označovaný jako SEI (solid-electrolyte interphase). Jde o jev, kdy v okolí anody existuje takzvaná oblast mezifáze pevného elektrolytu, způsobená reakcí anody s elektrolytem. Právě v této oblasti dochází k zachytávání iontu lithia. V průběhu času počet zachycených iontů roste, což způsobuje pokles kapacity daného článku. Speciálně tento režim degradace nelze nijak zásadně ovlivnit. Je dán časem. Umocňují ho ale také vysoké teploty nebo vysoké zatížení. Tyto faktory rovněž přispívají k rozkladu elektrolytu.
Obecně platí, že vysoké teploty jsou pro akumulátory asi tím vůbec nejhorším, a proto je z uživatelského pohledu dobré se vyvarovat režimům, jež je způsobují. Řeč je o rychlonabíjení a o vysokém zatížení, tedy o vysokých dálničních rychlostech a intenzivní akceleraci.
Automobilky to samozřejmě dobře vědí, a proto elektromobily využívají poměrně komplikovaný termomanagement zahrnující jak vyhřívání, tak chlazení akumulátoru (viz následující článek). Otázkou ale je, jak ho ten, který výrobce technicky vyřešil. V tuto chvíli sice již existují studie zaměřené na degradaci akumulátoru, jenže ty pracují s prvními masově vyráběnými elektromobily. Oproti nim se současná produkce výrazně liší, a navíc starší modely neměly tak široké možnosti co do výkonu nabíjení.
(Celý článek naleznete v příštím vydání Technického týdeníku.)
Foto: archiv