09. 12. 2022
|
emovio.cz logo

Nová generace baterií už vyrazila z laboratoří do výroby

Platforma E-GMP s tenkou sadou baterií zajišťuje velkorysý vnitřní prostor, nízké těžiště a také velmi dobrou bezpečnost. (foto Hyundai)
Platforma E-GMP s tenkou sadou baterií zajišťuje velkorysý vnitřní prostor, nízké těžiště a také velmi dobrou bezpečnost. (foto Hyundai)

Ve světě se spouští první malé provozy na výrobu nové generace baterií. Co slibují a kdo by na nich mohl zbohatnout?

Vědci v laboratořích celého světa již léta hledají ten správný „lektvar“ z chemikálií, minerálů a kovů, se kterým by mohly se elektromobily dobíjet během několika minut a ujet dlouhé stovky kilometrů bez zastávky u nabíječky. Vše pokud možno za výrazně nižší cenu než za kterou se baterie prodávají v současnosti.

Někteří z těchto „alchymistů“ moderní doby se blíží významnému milníku. Staví továrny na výrobu bateriových článků nové generace. Díky tomu by automobilky mohly začít testovat tyto technologie na silnicích a ověřit, zda jsou bezpečné, spolehlivé a skutečně tak výkonné, jak jejich tvůrci slibují.

Nečekejte je ovšem ve svém novém elektromobilu. Zatím jde obvykle o menší ověřovací provozy, určené v první řadě ke zdokonalování výrobních postupů. Bude trvat ještě roky, než se první auta s vysoce výkonnými bateriemi objeví v showroomech. A ještě déle, než budou nové baterie k dispozici i ve vozech střední cenové kategorie. Zahájení výroby na montážních linkách ovšem nabízí trochu nahlédnout do budoucnosti elektromobility.

Pokud by se tyto technologie podařilo masově vyrábět, mohla by elektrická vozidla konkurovat vozidlům na fosilní paliva v přívětivosti doplňování „paliva“ a zároveň být levnější. A vynálezci těchto technologií by se mohli snadno stát miliardáři – pokud jimi tedy už nejsou.

Pro řadu dalších to bude ovšem nepochybně méně příjemný zážitek. Pro desítky začínajících společností, které pracují na nových typech materiálů i celých baterií, jde o okamžik pravdy: vystupují z hájenství laboratoří do drsných podmínek reálné ekonomiky. Ne všechny společnosti přežijí.

Továrna není laboratoř

Praxe klade na inženýry úplně jiné nároky než vývoj. Vyrobit miliony článků v továrně je mnohem obtížnější než vyrobit několik stovek článků v čistém prostoru, který je navržen tak, aby se minimalizovala možnost kontaminace.

„To, že máte materiál, který by měl podle všeho fungovat, ještě neznamená, že ve skutečnosti bude použitelný,“ řekl pro NY Times Jagdeep Singh, zakladatel a výkonný ředitel společnosti QuantumScape, výrobce baterií v kalifornském San Jose. „Musíte přijít na to, jak ji vyrobit tak, aby byla bez vad s dostatečně vysokou průměrnou kvalitou.“

K riziku přispívá i propad akcií technologických společností na burzách. Ten už připravil veřejně obchodované společnosti vyrábějící baterie o hodnotu v řádu miliard dolarů. Nebude pro ně tak snadné získat hotovost, kterou potřebují na vybudování výrobních provozů a výplaty zaměstnanců.

Většina z nich má malé nebo žádné příjmy, protože ještě žádný výrobek neprodávají. Například QuantumScape měla v prosinci 2020, tedy krátce po svém vstupu na burzu, celkovou hodnotu 54 miliard dolarů. V současnosti je to někde mezi 4 až 5 miliardami.

To jí nebrání v tom, aby pokračovala v budování továrny v San Jose, která, pokud vše půjde dobře, začne v roce 2024 vyrábět první prodejní články. Výrobci automobilů budou využívat produkci továrny k testování, zda baterie vydrží drsné silnice, mrazy, vedra a mytí v myčkách. Automobilky budou také chtít vědět, zda lze baterie opakovaně dobíjet, aniž by se zhoršily jejich vlastnosti, zda přežijí náraz, aniž by vzplály, či za jakou cenu je lze ve velkém vyrábět.

Není jisté, zda všechny nové technologie splní sliby svých vynálezců. Kratší doba nabíjení a delší dojezd mohou být na úkor životnosti baterií, vysvětluje například David Deak, bývalý manažer společnosti Tesla, který nyní působí jako konzultant v oblasti bateriových materiálů. „Většina těchto nových koncepcí materiálů přináší obrovské výkonnostní ukazatele, ale kompromisy v něčem jiném,“ řekl Deak pro NY Times.

Příklad QuantumScape, do které vložili prostředky Volkswagen, Bill Gates a řada osobností ze Silicon Valley, ovšem ukazuje, jak velké porce důvěry a peněz se této nové generaci bateriových „alchymistů“ dostalo.

Od Tesly k čtyřem fotbalovým hřištím

Singh už v minulosti založil společnost vyrábějící telekomunikační zařízení. Na konci první dekády 21. století si koupil Roadster, první sériové vozidlo Tesla. Přestože Roadster byl notoricky nespolehlivý, pan Singh byl přesvědčen, že elektromobily jsou budoucností. A tak v roce 2010 založil QuantumScape.

„Stačilo mi to, abych viděl, kam by to mohlo vést,“ řekl novinářům. Uvědomil si, že klíčem k dosažení plného potenciálu elektromobility je baterie schopná pojmout více energie, a „jedinou cestou, jak toho dosáhnout, je hledat nový průlom v chemii“.

Singh se spojil s Fritzem Prinzem, profesorem na Stanfordově univerzitě, a Timem Holmem, výzkumníkem na Stanfordu. John Doerr, známý jako jeden z prvních investorů do společností Google a Amazon, poskytl počáteční kapitál. Dalším ranným investorem se stal J. B. Straubel, spoluzakladatel společnosti Tesla (ten je také členem správní rady QuantumScape).

Po letech experimentů vyvinula společnost QuantumScape nový keramický materiál. Jeho přesné složení je obchodní tajemství, ale víme, k čemu slouží. Jde o tzv. separátor: odděluje kladnou a zápornou elektrodu baterie a umožňuje co nejhladší přechod iontů od jedné k druhé, aniž by docházelo ke zkratům. „Prvních pět let jsme hledali materiál, který by mohl fungovat,“ tvrdí Singh. „A když jsme si mysleli, že jsme ho našli, strávili jsme dalších asi pět let tím, jak ho správně vyrobit.“

Díky tomu a dalším změnám v konstrukci článku může údajně postavit baterie s pevným elektrolytem, které by měly pojmout více energie na jednotku váhy než současné baterie s tekutými elektrolyty. A měly by mít i další výhody, například ve vyšší bezpečnosti.

Ačkoli se technicky jedná o zkušební linku, továrna QuantumScape v San Jose má plochu zhruba 25 tisíc metrů čtverečních. Reportéři, kteří na místě před několika týdny byly, viděly zatím ovšem pouze řady prázdných kójí s černými otočnými židlemi čekající na zaměstnance a na paletách stroje připravené k instalaci.

Jen problémy technického rázu

V Silicon Valley i na dalších místech světa se najdou desítky, ne-li stovky dalších podnikatelů s podobným cílem. Většina z nich využívá spojení rizikového kapitálu a univerzitního výzkumu, které v minulosti umožnilo rychlý rozvoj výroby polovodičů a později softwarových a internetových gigantů dneška.

Do této skupiny patří i společnost SES AI založená v roce 2012 pro rozvoj technologie vyvinuté na univerzitě MIT (Massachusettském technologickém institutu). SES má podporu společností General Motors, Hyundai, Honda, čínských automobilek Geely a SAIC a jihokorejského výrobce baterií SK Innovation. V březnu společnost, která má sídlo ve Woburnu ve státě Massachusetts, otevřela v Šanghaji továrnu na výrobu prototypů svých článků. Automobilkám je plánuje začít dodávat ve větších objemech v roce 2025.

Akcie společnosti SES se také propadly (byť „jen“ na polovinu). Ovšem Qichao Hu, výkonný ředitel a spoluzakladatel společnosti, si nedělá starosti: „Je to dobře,“ řekl. „Když je situace na trhu špatná, přežijí jen ti dobří. Odvětví to pomůže.“

SES a další společnosti vyrábějící baterie tvrdí, že se jim podařilo vyřešit základní vědecké překážky, které jsou nutné k výrobě bezpečnějších, levnějších a výkonnějších článků. Nyní je třeba vymyslet, jak je vyrábět po milionech.

„Jsme přesvědčeni, že zbývající problémy jsou technického rázu,“ tvrdí například Doug Campbell, výkonný ředitel společnosti Solid Power, výrobce baterií podporovaného společnostmi Ford Motor a BMW. Společnost Solid Power se sídlem v Louisville ve státě Colorado v červnu oznámila, že instalovala pilotní výrobní linku. Do konce roku má údajně svým partnerům z automobilového průmyslu začít dodávat první články na testy.

Cesta ke komercializaci nové baterie není přímá (foto SES AI)
Cesta ke komercializaci nové baterie není přímá (foto SES AI)

Chvíle pro křemík

Mnoha začínajícím „baterkářským“ firmám v Silicon Valley dala nepřímo vzniknout společnost Tesla. Ta vychovala generaci odborníků na baterie, z nichž mnozí odešli pracovat jinam. Veteránem z Tesly je například Gene Berdichevsky, výkonný ředitel a spoluzakladatel společnosti Sila v kalifornské Alamedě.

Narodil se v Sovětském svazu, do Spojených států emigroval v devíti letech s rodiči, kteří oba pracovali jako inženýři na stavbě jaderných ponorek. Na Stanfordu získal bakalářský a magisterský titul a poté se stal sedmým zaměstnancem společnosti Tesla, kde pomáhal vyvíjet baterii pro Roadster.

Možná tak není překvapivé, když říká, že právě Tesla fakticky vytvořila celé odvětví, když dokázala, že lidé si budou chtít kupovat elektromobily. Donutila tak tradiční výrobce automobilů, aby s touto technologií počítali.

Společnost Sila patří do skupiny začínajících firem, které vyvinuly materiály, jež podstatně zlepšují výkon stávajících konstrukcí baterií a zvyšují dojezd o 20 % a více. Mezi další patří Group14 Technologies ve Woodinville ve státě Washington nedaleko Seattlu, kterou podporuje společnost Porsche, a OneD Battery Sciences v kalifornském Palo Altu.

Všichni tři našli způsob, jak k ukládání elektrické energie v bateriích použít křemík namísto grafitu, který je ve stávajících konstrukcích převažující. Křemík dokáže pojmout mnohem více energie na kilogram než grafit, což umožňuje, aby baterie byly lehčí, levnější a rychleji se nabíjely. Křemík by také snížil závislost USA na grafitu vyráběném téměř výhradně v Číně.

Nevýhodou křemíku je, že při nabíjení doslova výrazně „nabobtná“ do několikanásobného objemu. Baterie se tak může doslova roztrhat. Řada vývojářů, například Yimin Zhu, technologický ředitel společnosti OneD, strávili roky laboratorní práce „pečením“ různých možných směsí ve snaze problém vyřešit.

Sila, OneD a Group14 jsou nyní v různých fázích přípravy výroby. Sila v květnu oznámila dohodu o dodávkách křemíkového materiálu pro Mercedes-Benz z továrny v Moses Lake. Mercedes plánuje tento materiál používat v luxusních sportovně-užitkových vozidlech od roku 2025. Společnost Porsche oznámila, že do roku 2024 plánuje používat křemíkový materiál Group14, ovšem u malé části svých vozů. Rick Luebbe, výkonný ředitel společnosti Group14, uvedl, že někteří velcí výrobců nasadí technologii jeho společnosti již v příštím roce. Podle něj to umožní dobíjení automobilu během deset minut.

Poptávka po bateriích je tak silná, že na něm určitě bude dostatek prostoru řadu společností. Odhaduje, že se hodnota celého odvětví může brzy dosáhnout bilionu dolarů, tedy řádově stejného jako těžba ropy (upozorňujeme, že nejde o roční objem prodejů, ale hodnotu firem v oboru). Vzhledem k tomu, že zájemců je tolik, určitě jich spoustu neuspěje.

Celá řada investorů i možných odběratelů si dnes láme hlavu nad tím, kteří to budou. Jako v případě jiných mladých technologických oborů je těžké oddělit zrno od plev. Některé firmy mohou ve vývoji či při přechodu do výroby narazit skutečně na netušené a nepřekonatelné problémy. V jiných případech se může ukázat, že produkt je sice zajímavý, ale příliš drahý. A někdy je situace ještě nejasnější.

Například zmiňovanou společnost Quantumspace v dubnu letošního roku investiční fond Scorpion Capital označil za velký podvod na investory (jeho zpráva v PDF). Ani největší akcionář firmy, společnost Volkswagen, údajně výsledkům příliš nevěří. Baterioví „alchymisté“ mají s alchymisty doby dávno minulé možná společného více, než se na první pohled zdá…

Podobné články

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Oblíbené články

Témata