BMW nás nechala nahlédnout pod pokličku toho, jak vyvíjí své bateriové články a jak přistupuje k jejich výrobě a současně i k jejich recyklaci. Navštívili jsme jedno z kompetenčních center společnosti, kde byla loni zahájena „výroba“ nového druhu cylindrických článků.
Automobil vždy byl a vždy bude komplexním výrobkem, jehož výsledná kvalita závisí na sladění všech jeho součástí. Nicméně i tak v automobilech existuje něco, čemu se, možná poněkud neprávem, říká srdce — v posledních více než 100 letech jím byl motor s vnitřním spalováním. S příchodem elektrických vozů se ale do pozornosti dostávají spíše akumulátory, na nichž závisí, jakým výkonem a po jakou dobu se budou točit rotory motorů. Možná jsme teď blíže anatomii lidského těla, kde akumulátor je oním srdcem pumpujícím energii, zatímco elektromotory zastávají funkci svalů, které ji přeměňují na práci a pohyb.
Protože jsou akumulátory alfou a omegou současných elektrických vozů, jsou právě ony tím, co nejvíce omezuje použitelnost vozidel. Na zlepšování jejich energetické hustoty, rychlosti nabíjení či snižování ekologické zátěže se pracuje od počátku, kdy byl akumulátor s dvojicí elektrod spojených elektrolytem vymyšlen, nicméně až v posledních dvou desetiletích tento vývoj akceleroval.
Lídrem ve výrobě akumulátorů se stala Čína, která má současně majoritní podíl na těžbě surovin potřebných pro jejich výrobu a zpracování. Avšak situace není až natolik jednoznačná, tedy že by čínští producenti vyráběli akumulátorové články, jež evropští a další výrobci automobilů do svých baterií, potažmo vozidel instalují. Na příkladu BMW je zřejmé, že automobilky chtějí mít v této oblasti nad situací větší kontrolu.
Na základech vlastního vývoje…
V roce 2019 BMW v Mnichově otevřelo vlastní kompetenční centrum akumulátorových článků (viz TT 2020/3), zde si míchají vlastní složení elektrod, v malém rozsahu je zde i vyrábějí a následně testují. Výsledky z tohoto centra jsou základem pro tzv. chemii článků, stejně jako pro jejich rozměry. Odtud získané poznatky putují do loni na podzim nově otevřeného kompetenčního centra na výrobu akumulátorových článků u obce Parsdorf východně od Mnichova.
… a zkušeností z výroby…
Ve zdejším centru, vystavěném nákladem 170 milionů eur, je instalována takřka kompletní standardní výrobní linka akumulátorových článků, na níž si BMW ověřuje jejich vyrobitelnost. Kapacita linky činí 0,94 GWh ročně.
Automobilka zde může analyzovat a pochopit celý proces výroby, a tím přesně specifikovat své požadavky dodavatelům, kteří zajistí následnou velkosériovou produkci — na podobných linkách, jen ve větším rozsahu. Pro BMW to znamená lepší kontrolu nad všemi aspekty vývoje a výroby akumulátorových článků a v neposlední řadě také úsporu nákladů, jelikož přesně ví, co je k výrobě třeba, a tím dokáže reálně odhadnout skutečné náklady.
… i z recyklace
Významnou roli v novém centru má recyklace a celkové hospodaření se surovinami.
Právě získané zkušenosti při opětovném používání zbytků z výroby článků jsou dalším přínosem nového centra. Zdejší samostatné oddělení navíc vyhodnocuje možnosti opětovného použití různých typů materiálů pro nejrůznější aplikace ve vozech.
Stejně jako v jiných lokacích výrobce, i zde se při návrhu budovy dbalo na energetickou efektivitu. Celé centrum funguje zcela bez fosilních zdrojů a používá obnovitelné zdroje energie, včetně té z vlastního fotovoltaického systému na střeše.
Během návštěvy centra v Parsdorfu jsme měli nejen možnost sledovat výrobu nových cylindrických článků, ale také si s Milanem Nedeljkovičem, členem představenstva BMW Group odpovědným za výrobu, krátce popovídat o budoucnosti akumulátorů.
Lepším složením a uspořádáním k lepším parametrům
Jedním z témat byl samozřejmě jejich vývoj, jenž bude pro rozvoj elektromobility zásadní. BMW u modelů Neue Klasse přechází z prizmatických na cylindrické akumulátorové články, jež nebudu rozdělené do modulů. Touto změnou spolu s upravenou chemií (na katodách se například na úkor kobaltu zvýší podíl niklu, na anodách se naopak bude používat více křemíku) se zvýší energetická hustota až o 30 % (dvě třetiny z toho připadají na novou chemii). Tyto změny jdou ruku v ruce se zavedením 800V systému, jenž umožní především větší nabíjecí výkony, a tudíž zkrácení času nabíjení o přibližně 30 %.
Řeč přišla také na akumulátory s pevným elektrolytem. Dozvěděli jsme se, že již existují, mají velmi dobré výsledky a bezpochyby budou v budoucnu jedním z řešení, jež přinese další zlepšení vlastností akumulátorů. Nicméně v současnosti je největší problém s industrializací jejich výroby, a to zejména z důvodu značné tepelné roztažnosti používaného materiálu. Z pohledu člena představenstva BMW tento druh akumulátoru neuvidíme ve skutečné sériové výrobě ještě minimálně následujících pět let. Před nimi se objeví akumulátory s polopevným elektrolytem.
Recyklovat? Zatím není příliš co
Rozhovor se stočil také na téma recyklace, kterou, jak už bylo napsáno výše, BMW v nově otevřeném centru v Parsdorfu rovněž zkoumá. Cílem je samozřejmě 100 % materiálu z akumulátoru opět použít, což je technicky možné již nyní. Zároveň jde o nákladově a environmentálně efektivnější řešení než těžba nových surovin. Potíž je ale v tom, že ještě není dostatek toho, co recyklovat. Akumulátory v současných automobilech se budou používat třeba i 15 let a následně budou stejnou dobu sloužit jako stacionární zásobníky energie. To znamená, že k jejich recyklaci ve větším rozsahu dojde za nějakých 20, ale spíše 30 let.
Návštěva kompetenčního centra na výrobu akumulátorových článků v Parsdorfu ukázala nejen kompetenci BMW při vývoji akumulátorů a jejich výrobě, ale současně přinesla také obecnější pohled na tuto problematiku. Když nic jiného, tak je zřejmé, že nás v oblasti ukládání energie v rámci elektrizovaných vozů čeká ještě obrovský vývoj.
| Cylindrický článek pro Neue Klasse |
| Výroba článků začíná u elektrod. Zde se základní materiál, který se skládá například z grafitu pro anodu a oxidu niklu pro katodu, spolu s pojivy a rozpouštědly dávkuje a míchá v přesně odměřeném poměru. Vzniká tak tzv. suspenze, jež se nejdříve nanáší na v řádech mikrometrů tenké kovové fólie a poté se po zaschnutí stlačí — válcuje či kalandruje. Při sestavování článků se potažené fólie, tzv. kalandrované elektrody, spolu se separátorem svinou do „měkkých“ válečků vkládaných do pouzder článků. Ty se naplní elektrolytem, uzavřou a následně otestují. Prvními BMW s tímto typem článků budou modely nové generace elektromobilů Neue Klasse, které budou mít premiéru v letošním roce. |
Foto: autor a BMW