Zpět

Lithium-iontové baterie dominují trhu s elektromobily, ale to by se mohlo změnit. Dnešní elektromobily nabízejí spoustu možností, jak zlepšit náklady, účinnost, bezpečnost a pohodlí zákazníků. Výzkumné týmy po celém světě v současné době zkoumají řadu nových přístupů, které by mohly vyřešit některé nebo všechny z těchto bolestivých bodů.

Daniel Auger je starším členem Institutu elektrotechnických a elektronických inženýrů (IEEE), organizace, jejímž posláním je podporovat technologické inovace a dokonalost ve prospěch lidstva. Je také lektorem v oboru elektrifikace, automatizace a řízení na Cranfieldské univerzitě, kde jeho týmy vyvíjejí nové algoritmy systému řízení baterií (BMS) pro podporu lithium-sirných chemikálií. Díky oběma těmto funkcím byl svědkem značného rozmachu kolem výzkumu baterií.

Jaká jsou největší úskalí stávající technologie baterií pro elektromobily?

Technologie baterií v posledních letech rychle pokročila a je velmi dobře možné pořídit si dobrý elektromobil s velmi malým počtem nedostatků. Nejsou však dokonalé a stále je co zlepšovat. Z uživatelského hlediska je nákup elektromobilů stále relativně drahý. Jejich dojezd se sice zlepšuje, ale stále je mnohem nižší než u běžných automobilů se spalovacím motorem, a – což je možná kritické – i rychlé nabíjení je výrazně pomalejší než doplňování benzínu nebo nafty.

Je obtížné elektrifikovat těžká nákladní vozidla pouze pomocí palubních baterií. Z pohledu výrobce je obtížné a časově náročné získat dobré informace o způsobech stárnutí baterií a zároveň předem předvídat poruchy. Musíme také přemýšlet o tom, jak můžeme rozšířit výrobu a – v budoucnu – jak budeme získávat a recyklovat materiály ze starých opotřebovaných baterií.

Rychlé nabíjení je stále pomalejší než tankování benzinu nebo nafty

Můžete uvést některé z významnějších rozvojových projektů, které se v této oblasti realizují?

Na celém světě existují vynikající výzkumné týmy, které se intenzivně zajímají o baterie a důležitý strategický vývoj. Zde ve Velké Británii jsme svědky projektů částečně nebo zcela financovaných britským výzkumem a inovacemi (UKRI) a jeho předchůdci, které pokrývají všechny fáze práce od akademické sféry přes průmyslový výzkum až po aktivity zaměřené na rozšíření výroby.

V posledních letech v tomto směru hraje významnou roli Faraday Battery Challenge. Na jedné straně výzkumníci vyvíjejí nové materiály a součásti baterií a chápou základy jejich fungování a způsoby jejich degradace. Další práce se zaměřuje na modelování a řízení chování baterií při používání, předpovídání jejich budoucí výkonnosti a zajištění toho, abychom je používali co nejlépe.

Důležité je také pochopit, jak se články chovají společně v sadě, a zajistit, aby se pohybovaly v teplotním rozmezí, které podporuje dobrou životnost. Pokud jde o průmyslový výzkum, pracuje se na snižování překážek vstupu na trh výrobou komerčních hotových výrobků a možnostmi navrhování balíčků. To pomáhá s praktickými elektromechanickými aspekty konstrukce baterií.

Jaké jsou v současné době největší překážky některých z těchto inovativních přístupů?

Zavedení mnoha z těchto schopností do praxe vyžaduje mnoho času a finančních investic. Přestože se jedná o obtížné vědecké a technické problémy, máme mnoho dobrých vědců a inženýrů, kteří na nich pracují. Velmi na mě zapůsobilo, co dokážeme, když spolupracujeme a přinášíme širokou škálu pohledů.

Jaká je situace s financováním?

Jako komunita bychom mohli udělat mnohem více, kdybychom měli k dispozici více finančních prostředků. Vím, že mnoho akademických a průmyslových programů financování je silně přeplněno. I když uznávám, že nikdy nebudeme žít ve světě, kde budou peníze na výzkum “zadarmo”, mám pocit, že trávíme spoustu času soupeřením o financování, který bychom mohli lépe využít na prvotřídní vědecký, technický a ekonomický výzkum.

Co považujete za potenciální změnu v tomto odvětví?

Pokud bych měl vybrat nějakou schopnost jako nejdůležitější, bylo by to rychlé nabíjení. Pokud bychom dokázali baterii nabít dostatečně rychle, mnoho nevýhod týkajících se dojezdu by bylo méně důležitých. Díky tomu by se baterie staly atraktivnějšími pro použití v jiných aplikacích než v osobních automobilech. Autobusy, taxíky, nákladní vozidla a vozidla záchranných služeb by bylo snazší provozovat, pokud by se doba nabíjení snížila na minimum. Bylo by však nesprávné považovat rychlé nabíjení za jedinou oblast výzkumu. Existuje mnoho aspektů, včetně materiálů, modelování degradace, elektrotepelného modelování, tepelného řízení a návrhu řízení.

Také si myslím, že recyklace a práce s částečně zastaralými bateriemi bude stále důležitější. V rámci toho je nezbytné, aby dobré prognostické schopnosti dokázaly včas varovat, když se baterie stane nebezpečnou. To by bylo obzvláště cenné, pokud se objeví velký trh s opravami a repasováním třetích stran. Aby to bylo možné, je důležité, abychom měli vynikající způsoby, jak zajistit, že všechny recyklované baterie zůstanou bezpečné.

Existují nějaké přístupy, které jsou podle vás přeceňovány?

Často se setkávám s novinovými články, v nichž se píše, jak nová inovace v oblasti baterií změní svět. Když si přečtu podrobnosti, obvykle si uvědomím, že někdo informuje o velmi rané fázi výzkumu, která má obvykle před sebou ještě dlouhou cestu, než se z dobrého výsledku v laboratorním mincovním článku stane praktický konečný produkt. Tady jde o to, že akademičtí a výzkumní pracovníci jsou – zcela správně – povzbuzováni k tomu, aby přemýšleli o dopadu své práce a formulovali ho. Bohužel je snadné číst něco, co znamená “pokud budeme mít štěstí, mohlo by se to za deset let nebo za dvě opravdu někam posunout”, jako by to říkalo, že “tohle půjde do modelu příštího roku”.

Ani na vteřinu bych nenaznačoval, že bychom neměli financovat výzkum s nízkou úrovní technologické připravenosti (low-TRL). Je to životně důležité, protože tak vznikají skvělé nápady. Je důležité financovat dobré, zavedené nápady hlavního proudu a zároveň financovat věci, které jsou možná trochu jiné. Oba směry práce mohou vést k zásadním změnám paradigmatu a pozitivně převratným technologickým změnám.

Jak brzy by se průmysl mohl dočkat výhod technologie baterií pro elektromobily, která mění pravidla hry?

Je vždy velmi obtížné předpovědět, jak brzy se jich přesně dočkáme. Snadno by se dalo argumentovat, že už je máme, i když očekáváme mnoho dalších. V posledních několika letech se elektromobily staly častým jevem na silnicích, rychlé nabíjení se stalo běžnou záležitostí a počet elektromobilů roste. Ačkoli nikdo nedokáže dokonale předpovědět budoucnost, očekával bych, že během příštích pěti let dojde ke zdokonalení rychlého nabíjení, a to zejména v důsledku lepšího modelování baterií a jejich součástí a lepšího tepelného managementu. Přinejmenším jeden z výrobců motorů má v podobném časovém harmonogramu plány na baterie s polovodičovými elektrolyty.

Technologie nové generace, jako jsou lithium-sirné a sodíkové ionty, jsou pro běžný automobilový průmysl možná trochu vzdálenější, ale můžeme se jich dočkat v jiných aplikacích. V současnosti se dějí cenné věci, jako jsou nové modelovací techniky a zdroje informací, které pomohou snížit překážky vstupu na trh. Myslím, že se dočkáme zajímavých věcí, takže sledujte tento prostor.

 

Zdroj: automotiveworld.com