ROZHOVOR: o bezpečnosti baterií a indukčním dobíjení s vědci z ČVUT (2.)

První rozhovoru o bateriích pro elektromobily podnítil zajímavou diskusi. Dnes přinášíme druhou část, ve které se Zdeňkem Votrubou a Jindřichem Sadilem, odborníky z Ústavu řídící techniky a telematiky Fakulty dopravní na ČVUT v Praze, diskutujeme o bezpečnosti akumulátorů a jejich budoucnosti ve vztahu k tzv. chytrým sítím neboli smart grids.

Jak je vůbec možné, že se baterie v elektrickém autě samovolně vznítí?

Zdeněk Votruba (ZV): „Druhá otázka by byla, proč by se nevznítila. Je v ní poměrně hodně energie, elektrický proud pokud se uzavře tak, jak nemá, může způsobit vznícení materiálů, které jsou hořlavé. To vznícení nelze úplně vyloučit.“

Lze tomuto nebezpečí předejít třeba jen tím, že baterii zkontrolujeme pohledem?

ZV: „Vizuálně zjistíte jen to, co je na povrchu. Na první pohled to tak nevypadá, ale je tam uloženo hodně energie. A jestliže umožníte, aby se ta energie nevhodným způsobem uvolňovala, tak to vždycky může vést k tomu, že se uvolní teplo a to teplo způsobí požár.“

Které typy baterií jsou dnes v elektromobilech nejyužívanější a jaký je vlastně rozdíl mezi lithium-iontovou a lithium-polymerovou baterií?

ZV: „Pokud bychom vzali v úvahu všechny možné nakladače, ještěrky a podobně, tak by to byly ty olověné, nebo nikl-kadmiové. Těch jezdí hodně, ale to není to, co si představujeme pod pojmem elektromobilita. Na bázi lithia je celá řada typů baterek, každé dva měsíce máte novou variantu, která se objeví. Liší se jen elektrolytem, membránami a podobně.“

Jindčich Saidl (JS): „V LiFe, tam je želeno, ytrirum, nějaký fosfát. Záleží na složení elektrod. Tvrdí se a je prokázáno časem, že ty LiFePO a LiFeYPO4 jsou na tom z hlediska bezpečnosti lépe než Li-ion.“

Jak je to s patentovými právy na baterie, je pravda, že Číňané patenty obcházejí přidáváním jednoho prvku?

ZV: „To bych řekl, že se obchází skoro všude. Jakmile uděláte jiné složení, je to jiná baterka a nemusí to být jen Čína. Samozřejmě, že pokud je tam ten prvek zcela nefunkční, pak se ten patent dá napadnout. Ale patentové řízení trvá třeba i devět let, což jsme si teď na sobě vyzkoušeli a do té doby se může stát, že už je to zcela nezajímavé.“

Jaké jsou nové trendy ve vývoji baterií pro elektromobily?

ZV: „Formuloval bych to spíš jako nové trendy v zásobnících energií. I u těch teoreticky nejlepších baterií je hustota uložení energie daleko nižší než v běžných palivech. A v principu tomu tak zřejmě být musí. Na druhou stranu se paliva spalují a potom příslušné motory fungují jako tepelný stroj s účinností, která nepřesahuje o moc 30 %. To je dané teplotami chladné a horké části tepelného stroje. Horkou část nemůžete mít řekněme 1000 stupňů, protože byste způsoboval tvorbu oxidu dusíku a to by zastánci životního prostředí nebyli rádi. Tepelné stroje pro automobily jsou limitovány na účinnosti kolem jedné třetiny. Tím nižší hustota uložení energie v bateriích přestává vadit. Ale poměr je zatím tak 15 : 1, pořád ještě mají akumulátory co dohánět. A když se berou teoretické meze, snad by se tomu blížily právě ty baterie, kde druhou elektrodou je vzduch, tam je šance dostat se na šesti- sedminásobek dnešních hodnot. Ono to ale moc nevadí. Když si vezmete těžší zásobník energie, využíváte energii účinněji, můžete rekuperovat, dobré jsou i vedlejší efekty elektromobility jako může být stabilizace sítě. Nemusí se dosáhnout hodnoty objemové hustoty uložení energie, jako má nádrž naplněná benzínem, ale když se dosáhne hodnoty třetinové, tak je to aplikačně perfektní. Šanci pak skýtají také superkapacitory. Zatím jsou, co se týká hustoty, daleko horší než akumulátory, ale dokážou energii vydat okamžitě. Jsou vhodné pro rychlou rekuperaci nebo rychlou akceleraci. Mají také potenciál podstatného zvýšení hustoty uložení. To záleží na tom, jak se podaří zabránit zbytkovým proudům v kapacitorech. A ty jsou dané kvantovou povahou věci. Teoreticky by to mělo jít, ale ačkoliv několik velkých vynálezců prohlásilo, že to mají v hrsti, tak technicky to zvládnuto ještě není. Naopak dobře nevypadají cívky v perzistentním, supravodivém, režimu, z důvodu bezpečnosti. Tam je ztráta supravodivosti katastrofou. Tam se energie uvolní o tři řády rychleji, než když vybouchne T. N. T. Mezní hustoty energie jsou omezeny magnetickým polem, magnetické pole je tam nutné, v tom ta energie je. Silné magnetické pole supravodivost vypíná. Pak už je jen vodík. Stlačovat ho jde, zkapalňovat ho taky jde, ale žádné skvělé hodnoty objemové hustoty energie nemá. A pro dopravu je objemová hustota nejdůležitější. Je možné si dělat tabulky uložení energie v různých látkách a spekulovat, že třeba oxidace zinku by byla výborná.“

JS: „Co se týká rekuperace, určitě ano, zlepšuje to bilanci, ale záleží samozřejmě na provozu, kde je elektromobil provozován. Obecně jsou jízdní odpory automobilu vysoké, takže na mimoměstské trase v poměrně rovinatém terénu je rekuperace zanedbatelná. Cena na jednotku energie uložené v superkondenzátorech je zhruba stonásobná oproti ceně akumulátoru LiFePO. Výkony, jaké dokážou dát oproti lithiovým akumulátorům jsou vyšší, ale ne stonásobně, jenom tak šestinásobně. Víte, že se to používá ve formuli 1 nebo v motorkách, ale spíše na akceleraci a při brzdění.“

Bavíme se o budoucnosti, měly bychom zmínit také tzv. chytré sítě, smart grids. Jaké typy baterií budou v takovém řešení rozvodných sítí třeba a kudy k nim vede cesta?

JS: „Smart grids je zatím myšlenka budoucna. Energetická síť je chytrá už dnes a používá zásobníky energie. U největších energií jsou to přečerpávací vodní elektrárny, které mají kapacitu řádově převyšující možnosti elektrochemických akumulátorů. Fakt je, že firma Winston Battery v Číně už vyrábí obrovské bloky těchto akumulátorů, které by z hlediska regionu hrály určitou roli, ale je otázkou, jestli může tento akumulátor cenově konkurovat přečerpávací elektrárně. Troufl bych si tvrdit, že akumulátory mají o něco vyšší účinnost. Na druhou stranu bude jejich životnost určitě nižší. Záleží na konkrétním umístění těchto zásobníků, jestli je tam možnost přečerpávací elektrárnu budovat nebo ne, bude záležet také na spoustě detailů.“

ZV: „Kolega je původním povoláním silnoproudař energetik, ale já jsem od počítačů. Budu s ním proto trochu polemizovat. (úsměv) Z mého pohledu chytré sítě v současnosti moc chytré nejsou. Aby byly chytré, měly by být schopné plnit princip smart grids: dekomponovat se do malých oblastí, které mohou být soběstačné a případně se úplně odpojit. Pak by ty malé oblasti fungovaly zároveň jako zdroj i spotřebič. To pak změní podmínky v síti, vyžaduje to daleko větší nároky na informační toky, ale snižuje to nároky na transport energie mezi jednotlivými oblastmi. Představa, že budete mít na chaloupce větrníček, kterým budete dobíjet auto a zároveň tam budete mít pár baterek, do kterých budete energii ukládat, není špatná. Nezachrání to průmysl jako celek, ale v regionech, které jsou spíše pro bydlení, se to uplatnit může. Ale současná síť má ještě k tomuto konceptu dost daleko. Využívat by se zde daly vyřazené baterie z trakčních vozidel nebo zapojené dobité automobily. Vždyť osobní auta pracují výrazně méně než desetinu času. Tři desetiny času se budou dobíjet a zbytek mohou sloužit jako rozprostřené zásobníky – to může mít význam.“

JS: „Myslím si, že z hlediska energetické bilance plochy, která odpovídá parcele rodinného domu, má smysl uvažovat určitou autonomitu.“

Co si myslíte o indukční technologii, která by umožnila nabíjet vůz bez kabelů?

ZV: „Musíte měřit účinnost připojení akumulátoru k nabíjecí stanici. Při klasickém kontaktním dobíjení je přes 99 procent. Při indukčním dobíjení několik procent ztratíte. Nevidím v tom žádnou zvláštní výhodu, leda že by se dařilo dobíjet za jízdy na některých typech dálnic, to by bylo výrazné pro. Někteří ale říkají, že je to pohodlnější. Já si myslím, že ta dvě tři procenta energie, která se ztrácí a ohřívají prostor kolem, jsou zbytečná ztráta. Jiný názor mají lidé od autobusů. Tam jsem slyšel, že indukční dobíjení deklarují jako podmínku. Mají-li mít elektrické autobusy, chtějí indukční dobíjení. Vedou je k tomu prý jejich zkušenosti.“

Zmínil jste speciální jízdní pruhy, kde se budou elektromobily indukčně dobíjet. Měly by pruhy větší uplatnění na dálnicích nebo naopak ve městě?

ZV: „Nevím. Na dálnicích se jede dost rychle a mě dělá problémy přestavit si dobíjení při 130 km/h. Model tady nemáme, nedělali jsme to a nemáme to spočítané.“

JS: „Já mám přirozeně skeptický pohled. (úsměv) Výstavba takových polí bude dost finančně náročná a vyúčtování takového odběru bude nejspíš komplikované, to ukáže budoucnost desítek let.“