Nová generace baterií přichází. Elektromobily změní víc, než si myslíte

Vojtěch  Dobeš
Vojtěch Dobeš | 18. 1. 2022 | 15 komentářů | 94 384
analýzaautomobilkyautomobilová dopravaautomobilový průmyslbudoucnostelektromobilita

Když dojde na kritiku elektromobilů, baterie bývají prvním cílem. A dává to smysl. Pořád jsou drahé na pořízení i výměnu, jejich kapacita umožňuje dojezd, který se sotva vyškrábal nad použitelnou úroveň, a jejich životnost stále vyvolává obavy. Co vše se ale změní, až přijde nová generace s výrazně lepšími parametry? Víc, než by se mohlo zdát.

Nová generace baterií přichází. Elektromobily změní víc, než si myslíte

Nové baterie v elektromobilech změní víc, než si myslíte (ilustrační foto)

Zdroj: Shutterstock

Nový rok sotva začal a už přinesl světu elektromobility spoustu novinek. Asi nejvíc pozornosti si získal hned na začátku Mercedes-Benz s autem, které vypadá jako ryba. Funkční koncept EQXX díky špičkové aerodynamice, nízkému valivému odporu a spoustě dalších technických vychytávek ujede údajně na jedno nabití přes tisíc kilometrů. Přitom má dokonce menší baterii než sériový sedan EQS od stejné značky.

Jenomže dosáhnout velkého dojezdu díky tomu, že postavíte úzké a placaté auto, které jezdí na uzoučkých pneumatikách s nízkým valivým odporem a je celé podřízeno minimální spotřebě, není řešením pro reálný svět. Auta, u kterých lidé platili za efektivitu nejen penězi, ale navíc ještě stísněným vnitřním prostorem, skromným výkonem nebo omezenou výbavou, nikdy nebyla úspěšná. Podívejte se třeba na Volkswagen XL1 nebo i mnohem levnější Audi A2.

Proto je potenciálně mnohem důležitější další z novinek letošního roku. Nebo alespoň příslib, který s sebou přináší.

Všichni mluví o tom samém: vyšší životnost, vyšší kapacita, nižší cena...

Lepší baterie, lepší budoucnost

Za touhle novinkou stojí startup ONE (Our Next Energy) z amerického Michiganu, který představil na první pohled úplně normální Teslu Model S. Jediné, co se na ní změnilo, je baterie – ta původní o kapacitě 100 kWh byla nahrazena novou, která má kapacitu dvojnásobnou, tedy 200 kWh. Přitom svou velikostí a rozměry odpovídá té původní.

Výsledkem je údajný dojezd 1 210 kilometrů – což odpovídá dvojnásobku původně udávaných zhruba 600 km. Není tedy důvod tomu číslu nevěřit. U dosud neznámého startupu je ale samozřejmě otázkou, jestli vůbec (a případně kdy a za kolik) se takovou baterii podaří uvést na trh. S tím mají problém i mnohem zavedenější firmy včetně Tesly.

Na druhou stranu, o příchodu baterií s pevným elektrolytem (solid-state, viz box níž) mluví řada již existujících automobilek. Například už zmíněná Tesla, Volkswagen (který na nich spolupracuje s americkým QuantumScape), ale i řada dalších. A všichni mluví o tom samém: vyšší životnost, vyšší kapacita, nižší cena.

Takže vyjděme z předpokladu, že by se někomu skutečně podařilo naplnit parametry, které slibují baterie od ONE.

ONE tvrdí o nové baterii ještě jednu věc. Ověřit ji bude sice mnohem těžší, ale pokud se naplní, bude to ještě větší revoluce.

Revoluce (nejen) v dojezdu

Už samotný pokrok v energetické hustotě by byl pro svět elektrických aut obrovskou revolucí. Mohli byste mít při stávajících rozměrech baterií dvojnásobný dojezd, což by znamenalo konec starostí s tím, jestli vaše elektrické auto zvládne delší cestu. A pro typické uživatele také to, že by jim stačilo nabíjet jednou za týden, možná i měsíc.

Zákaz spalovacích motorů
Shutterstock

EU chce zakázat prodej spalovacích aut. Proč vám to může být buřt

Zákaz prodeje automobilů se spalovacím motorem v EU má přijít už v roce 2035. Ekologové jásají, petrolheadi pláčou. Ve skutečnosti na tom ale vůbec nezáleží. Na tom, čím budete za 15 nebo 20 let jezdit, to nejspíš vůbec nic nezmění. Vysvětlím vám proč.

Nebo byste mohli mít při stávajícím dojezdu poloviční velikost a hmotnost baterií, nebo jakýkoliv kompromis mezi tím. To znamená mnohem větší svobodu v tom, jak baterii do auta umístit. Protože velikost baterií je dnes při konstrukci elektromobilů zásadním faktorem: u těch s rozumným dojezdem obvykle vyplňují celou podlahu a celé auto dost výrazně zvyšují.

Kdybyste ale mohli baterie auta s menším dojezdem umístit třeba místo benzinové nádrže, pod sedačky, nebo je jinak „uklidit“, otevřelo by to širokou škálu nových možností. Včetně šance elektrifikovat spalovací auta nebo posunout prostou výměnou baterií stávající elektromobily na rozumnou úroveň dojezdu. Nebo zkrátka navrhnout mnohem menší a lehčí elektromobily, než jaké dnes dávají smysl.

Jenomže ONE tvrdí o nové baterii ještě jednu věc. Ověřit ji bude sice mnohem těžší než prostě vyzkoušet, jestli upravená Tesla opravdu ujede přes tisíc kilometrů, ale pokud se naplní, tak to bude ještě větší revoluce. Výrobce totiž slibuje, že nová baterie bude mít životnost dva tisíce nabíjecích cyklů.

Elektromotor sám o sobě je jednoduché zařízení s o řád nebo dva menším počtem pohyblivých částí než spalovací motor.

Opravdový „game changer“

To na první pohled nemusí vypadat jako úplně šokující číslo, dokud si to nepřevedete do „reálného světa“. I pokud byste ujeli tisíc kilometrů týdně, mělo by vám to stačit na dva tisíce týdnů. To je čtyřicet let při 50 tisících kilometrů ročně, což je porce, kterou najede málokdo.

Běžnému řidiči by taková baterie měla vydržet na celý život. A ještě by ji mohl odkázat dětem. I s celým autem. A ONE v tom navíc není sám: proslýchá se, že například baterie Ultium amerického koncernu General Motors by měly dosahovat životnosti přes milion mil (1,6 milionu kilometrů).

Solid-state battery

Solid-state battery neboli baterie s pevným elektrolytem je nadějná technologie považovaná za další vývojový stupeň v oblasti akumulace energie. Namísto tekutých či gelových elektrolytů využívají pro uložení elektrické energie pevné materiály, které se vyznačují nejen vyšší energetickou hustotou (a tedy i kapacitou při zachování současných rozměrů) či širšími možností tvarování, ale i nižším rizikem požáru, které je se současnými tekutými elektrolyty spojeno. Díky potenciálně vyšší bezpečnosti tak pevné baterie našly své uplatnění třeba v kardiostimulátorech. Nevýhodou těchto baterií v kapacitách nutných pro použití v elektromobilech je jejich vysoká cena, která by se však dala stlačit velkosériovou výrobou. I proto na technologickou novinku ve velkém sázejí samotné automobilky a mluví se o ní jako o jasné budoucnosti elektromobility.

Pokud by se tohle podařilo dostat do sériové výroby, znamenalo by to možná ještě víc než vyšší kapacita baterie. A o hodně víc, než si možná na první pohled představíte. Ve skutečnosti by to nejspíš úplně změnilo celý automobilový průmysl a způsob, jak si kupujeme auta.

Na první pohled se to může zdát přehnané – vždyť auta, která vydrží jeden nebo dva miliony kilometrů, už jsme tu měli. Staré naftové Mercedesy, stará Volva, Toyota Prius a spousta dalších. To ale byly výjimky. Jakkoliv ta auta navíc vydržela (a vydrží) dlouhá léta i neuvěřitelné nájezdy, neubránila se projevům stárnutí.

Jednak se opotřebovávají. Motory ztrácejí výkon, vznikají v nich vůle, manuální převodovky už neřadí tak přesně, automatické kopou, prokluzují nebo potřebují vyměnit úplně. Klesá výkon a zhoršují se emise. Celé auto navíc trpí vibracemi od motoru, zvláště pak, pokud je naftové.

Elektromobil je na tom mnohem lépe. Elektromotor sám o sobě je jednoduché zařízení s o řád nebo dva menším počtem pohyblivých částí než spalovací motor. Převodovka obvykle není přítomna vůbec, nebo je primitivní, obvykle jednostupňová. Spojka neexistuje. Systém pohonu všech kol také ne; pokud už ho elektromobil má, řeší se to obvykle dvěma nebo více motory.

Elektromotor navíc nezatěžuje zbytek auta vibracemi. A díky tomu, že při brzdění využívá rekuperaci, šetří dokonce i brzdy, které vydrží nesrovnatelně déle.

Pokud baterie bude mít životnost „na celý život a možná kus života vašich dětí“, získají takovou životnost i auta.

Fyzická a morální životnost

Tento rozdíl je dobře vidět například na životnosti autobusů a trolejbusů v dopravních podnicích. Ta kdysi bývala přibližně 15 let pro autobus a 25 let pro trolejbus – právě proto, že podléhá pomalejšímu opotřebení. Vlastně jediná věc, která tak skutečně limituje životnost, je právě baterie. A pokud baterie bude mít životnost „na celý život a možná kus života vašich dětí“, získají takovou životnost i auta.

Vojtěch Dobeš ve Finmag podcastu
Tomáš Cetkovský

Elektromobil má jasné výhody, brzy po něm sáhne každý, říká Dobeš

Elektromobily jsou lepší než auta se spalovacím motorem, a to ze dvou důvodů. Za prvé s výjimkou baterie jsou konstrukčně jednodušší, za druhé lépe a dynamičtěji jezdí. I proto se už brzy stanou při koupi nového vozu první a přirozenou volbou, říká ve Finmag podcastu motoristický novinář Vojtěch Dobeš.

Ani to by ale nebyla zas taková novinka. Jak už jsme si řekli, vyráběla se (a stále vyrábějí) auta, která najedou milion kilometrů nebo víc. Popravdě řečeno, většina dnešních aut by s pečlivou péčí byla schopná překonat půl milionu a nejspíš se přiblížit milionu. Pokud by na to byl někdo ochoten vynaložit peníze a úsilí.

Jenomže to je právě ten problém. Auta nestárnou jen „fyzicky“, ale také „morálně“. Naftovým Mercedesem z osmdesátých let, oblíbeným autem německých taxikářů, byste klidně mohli jezdit i dnes, pokud by nezreznul – a hlavně pokud byste se smířili s výkonem 70 koní z naftového dvoulitru, se zvukem připomínajícím traktor a oblaky černého kouře z výfuku. Ale to většina řidičů nechce.

Dnešní Mercedes-Benz E200 CDI, tedy základní model neboli „taxikářská“ specifikace, nemá 70 koní, ale 160. Nemá v základní výbavě čtyřstupňovou manuální převodovku, ale devítistupňový automat. Posilovač řízení není za příplatek, stejně jako řada dalších věcí, které jste tehdy nedostali ani v tom nejdražším modelu.

Nemluvě o tom, že si dnes můžete koupit také naftovou verzi výkonnější než tehdejší vrcholná 500E vyráběná ve spolupráci s Porsche a považovaná za „supersedan“, přičemž má pořád menší spotřebu než ten starý sedmdesátikoňový taxík. To je zásadní rozdíl oproti elektrickým autům, na kterých – paradoxně –, není moc co dalšího vymýšlet.

Elektromotor sám o sobě má účinnost až kolem 90 procent. To je obrovský rozdíl proti spalovacím motorům.

Oslňující výkony

Elektromobily například už nikdy nebudou signifikantně výkonnější, než jsou dnes. Ne snad, že by to nešlo, ale už dnes na trhu je (nebo na něj míří) několik relativně dostupných elektrických aut s výkonem přes tisíc koní (Tesla Model S Plaid+, GMC Hummer EV, Lucid Air). A v průběhu pár let se nepochybně objeví modely s výkonem ještě vyšším.

Anketa

Je elektromobilita budoucnost?

Jenomže – na co potřebujete v osobním autě víc než tisíc koní? Elektromobilů s rozumnějším (ale stále obrovským) výkonem přes 500 koní je nepočítaně, a ty okolo 200 až 300 koní jsou naprosto běžné. A to jsou navíc elektrická auta pocitově rychlejší než stejně výkonná auta se spalovacím motorem.

Co do výkonů se tak elektromobily nemají moc kam vyvíjet. A o moc jiné to nebude ani s jízdními vlastnostmi, vzhledem k tomu, jak ke komfortu jízdy i ovladatelnosti přispívá nízké těžiště díky bateriím v podlaze.

Co účinnost a s ní spojená spotřeba? Tam také není příliš prostoru. Elektromotor sám o sobě má účinnost až kolem 90 procent. To je obrovský rozdíl proti spalovacím motorům, které mají v nejlepším případě účinnost kolem 40 až 50 procent a v realitě spíše kolem třiceti – a to ještě jen za optimálních jízdních podmínek.

Celý jejich vývoj byl vlastně neutuchajícím bojem s jejich vrozenou, naprosto gigantickou neefektivitou. Nejde přitom jen o samotný princip pohonu, který je založený na přeměně energie řízených výbuchů na komíhavý pohyb pístů a následně prostřednictvím složité série převodů na otáčivý pohyb (u kterého ještě v průběhu několikrát změníte rychlost a směr). Ještě větší problém je, že v případě automobilu to celé musíte realizovat v obrovském rozsahu různých podmínek.

Pokud někdo dokáže za rozumnou cenu nabídnout baterie s parametry těch od ONE, pak máme auta po stránce hnacího ústrojí vyřešená.

Cena elektromobilů klesne

Proč mají dnešní spalovací auta turbodmychadla, proměnné časování ventilů, proměnné délky sání, vypínání válců, kombinované systémy přímého a nepřímého vstřikování nebo šesti, sedmi, osmi či desetistupňové převodovky? Protože jejich motory většinu času nemohou pracovat v optimálních otáčkách a v optimálním zatížení.

Protože dnešní řidič potřebuje (nebo přinejmenším vyžaduje), aby jeho auto mělo dostatečnou dynamiku, je výsledkem obvykle motor, který své maximální efektivity dosahuje kdesi vysoko nad povoleným dálničním tempem. Většinu času pak tráví tím, že podává zlomek svého potenciálního výkonu, pohybuje se v naprosto nevhodných otáčkách a v podmínkách zahrnujících neustálé neefektivní měnění rychlosti.

Elektromotory tento problém nemají. Fungují téměř stejně efektivně v dálniční rychlosti jako v plížení se zácpou, mají téměř plný výkon a točivý moment k dispozici v jakýchkoliv otáčkách a rychlosti, navíc bez prodlevy. A k tomu si dokážou „vzít zpět“ energii při brzdění. Efektivitu celého auta můžete navíc dále zlepšit tím, že ho uděláte lehčí, aerodynamičtější, nižší, užší, omezíte valivý odpor… Tak jak to udělal Mercedes s novým EQXX.

Jak vylepšit elektromobil

Jak vylepšit elektromobil
Shutterstock

I u elektromobilů samozřejmě zůstává dost oblastí, které se budou dál vyvíjet. Tou asi nejviditelnější je palubní elektronika. Ostatně spousta lidí už dnes říká, že nová auta (a zvláště ta elektrická) jsou vlastně „pojízdné počítače“. I když s tím tak úplně nesouhlasím, něco na tom je. Spousta funkcí a schopností elektrického auta bude daná jeho softwarem. Ať už půjde o efektivnější přenos výkonu na silnici (na což nepotřebujete sofistikované diferenciály a převodovky, stačí individuálně řídit jednotlivé motory), pokročilé komfortní, navigační a zábavní systémy, nebo schopnost (semi)autonomního řízení.

Například Tesla ale tvrdí, že už její současné modely mají hardware dostačující pro plně autonomní řízení. Otázkou je, jestli se tomuto tvrzení dá věřit – Elon Musk je v tvrzeních kolem roboaut obvykle víc než optimistický – ale na základní myšlence něco je. Výkonnější počítače se dají do auta doinstalovat zpětně, a jakmile je už v základu vybaveno možnosti, aby elektronika zasahovala do řízení vozu (což je u současných aut víceméně standard), mohla by budoucí vylepšení být poměrně snadnou záležitostí.

Další věcí je samozřejmě design, který byl vždycky osvědčeným způsobem, jak prodat lidem věci, které nutně nepotřebují. Na to u General Motors přišli už před druhou světovou válkou, když zavedli pravidelné designové inovace. Když je podle vzhledu poznat, že vy máte letošní model a soused ten tři roky starý, je to pro mnoho lidí dostatečná motivace utratit spoustu peněz. Ale zdaleka ne pro všechny.

Jediné klíčové, co tedy zbývá, je právě baterie, která bude mít dostatečnou kapacitu a životnost. Pokud někdo dokáže skutečně za rozumnou cenu nabídnout baterie s parametry alespoň odpovídajícími těm od ONE, pak máme auta po stránce hnacího ústrojí vyřešená. Můžete si jedno takové koupit a nejspíš s ním jezdit po zbytek života (pokud vás tedy nepřesvědčí něco, co se přece jen zlepšit vždycky dá – viz box Jak vylepšit elektromobil).

To by také znamenalo, že by přestaly být problémem vysoké ceny elektromobilů. Skutečnou cenou za provozování auta je totiž pokles jeho hodnoty, ne absolutní cena. Ať už to lidé vyřeší delším financováním, nebo koupí ojeté (které bude mít před sebou ještě víc než dostatečnou životnost), elektromobily to zlevní.

Ostatně podívejte se na ty vzpomínané osmdesátkové mercedesy: kolik relativně chudých lidí jezdí právě starým nafťákem, který koupili s vysokým nájezdem už za „pár drobných“.

Touha po svobodě, ztělesněné vlastním automobilem, je v lidech za poslední století a čtvrt příliš zakořeněná.

Nová éra automobilismu

Co s tím budou automobilky dělat? Možností je řada. Některé z nich se už ostatně začínají objevovat. Třeba nejrůznější předplacené služby – za jednorázový nebo ještě lépe měsíční poplatek dostanete navigaci, autonomní řízení nebo i víc výkonu. A pokud nezaplatíte, budete mít „hloupé“ auto se základními funkcemi. Tedy až do chvíle, než na auta někdo vymyslí jailbreak (hacknutí jeho systému).

Další možností je auta vůbec neprodávat a pronajímat je celá, ať už to bude mít formu operativního leasingu, nebo nějakého sdílení. O tom, že se tohle řešení mezi většinou zákazníků ujme, mám sice své pochybnosti, ale jsem si jistý, že se o to automobilky přinejmenším pokusí. Nejrůznější programy předplatného už se ostatně začínají představovat a přinejmenším pro obyvatele velkých měst by možnost půjčit si auto o velikosti a dojezdu, jaké právě potřebují, dávala perfektní smysl.

Asi poslední možností, kterou zatím nikdo prakticky nevyzkoušel (ale divil bych se, kdyby na ni nedošlo), je „recyklace“ mechanické části auta. Zkrátka se ve chvíli, kdy už bude karoserie odřená a omšelá provozem, sedačky osezené a podvozek vyhrkaný z městských ulic, celé auto vrátí k výrobci (nebo jinému dodavateli) a tam se zrepasuje. Pravděpodobně i s novou karoserií, designem, který bude právě v módě, a nejnovější elektronikou.

Je to věc, která se běžně dělá s vlaky, autobusy, loděmi nebo dopravními letadly. Není důvod, proč by nemohla přijít i do světa osobních aut. Nedávno se  ostatně objevila informace, že Toyota přesně tohle, tedy repase a nový přeprodej ojetých aut, reálně plánuje. A může to dopadnout i tak, že většina aut bude sice vyřazena z běžného používání už po dnes běžných 15 až 20 letech, ale jejich trvanlivé baterie se použijí na jiné účely. Třeba jako pevná úložiště energie.

Ale může to dopadnout samozřejmě i úplně jinak: přijde plně autonomní řízení a s ním předpisy, které nás naženou do robotaxíků. Já si ale nemyslím, že by to bylo pravděpodobné. Touha po svobodě, ztělesněné vlastním automobilem, byť by byl elektrický a autonomní, je v lidech za poslední století a čtvrt příliš zakořeněná.

I kdyby většina obyvatel měst zvolila pohodlí pronajímaných aut nebo předplacených služeb, vždycky tu budou ti, kteří se budou bít za možnost funkce svého auta „odemknout“ – a pokud budou mít k dispozici auta s potenciální životností půl století, budou se jich držet. Bude zajímavé sledovat, jak si s tím poradí automobilový průmysl.

V každém případě by příchod baterií s podobnými parametry znamenal, že z pohledu výroby aut už je problém vyřešený. A teď jen zbývá přijít na to, jak vyrobíme dostatek elektřiny.

Kam dál?

Autor článku

Vojtěch  Dobeš

Vojtěch Dobeš

Automobily byl posedlý od malička a řízení osudu ho postupně dovedlo do redakcí českých verzí Autocaru a TopGearu, do americko-kanadského TheTruthAboutCars.com a k založení vlastního magazínu Autíčkář.cz. Považuje se za ekologicky smýšlejícího petrolheada a výčitky z vlastnictví starého osmiválce vyrovnává tím, že všude chodí pěšky.