Společnost Tesla během hovoru oznámila, že její vozy Model 3 a Model Y budou mít v základu „lidové“ články typu LFP. Tento úspěšný typ článků se tak zřejmě vydá ve větším měřítku z Číny do světa.
Společnost Tesla tento týden ve zprávě o hospodaření za třetí čtvrtletí nenápadně oznámila i změnu v tom, jaké články budou dostávat její vozy. Nově budou všechny tři nejlevnějšíh Modelu 3 a také Modelu Y vybaveny články technologie „lithium železo fosfát“, které se označují anglickou zkratkou LFP.
Tyto “železité” akumulátory mají sice nižší energeetickou hustotu a poskytují tedy při stejných rozměrech baterie kratší dojezd, ale jsou výrazně levnější, protože používají železo namísto dražších materiálů, jako je nikl, mangan nebo kobalt.
Jak již asi víte, kobalt se používá v katodě baterií, obvykle v kombinaci s niklem a manganem v podobě materiálu známého jako NMC, který tvoří základ většina dnešních lithiových článků. Kobalt je z těchto materiálu nejdražší, navíc je dnes jeho produkce vázána na problematickou těžbu v Kongu.
I proto se většina výrobců snaží zbavit v první řadě právě kobaltu. (V minulosti byly v NMC ve stejném poměru 1 : 1 : 1 nikl, mangan a kobalt. V nových bateriích ovšem tvoří velkou část materiálu pouze nikl (někdy téměř 90 procent) a kobaltu je cca 5 procent nebo méně.)
Pro varianty “Long Range” nebo “Performance” se budou nadále instalovat baterie NMC, ale s již zmíněným sníženým obsahem kobaltu. V závislosti na konstrukci modelu budou použity katody s vysokým obsahem niklu nebo manganu. Vzhledem k tomu, že poptávka po niklu roste mnohem rychleji než těžební kapacity, mohly by nedostatky v dodávkách a rostoucí ceny omezit výrobu velkoobjemových modelů – proto je kladen důraz na články LFP pro vozidla se standardním dojezdem.
Otevře jim cestu na západ?
Krok to není neočekávaný. Elon Musk oznámil záměr zaměřit se více právě na baterie LFP již během “Bateriového dne” v září 2020 . Týká se to především modelů “Standard Range”, v nichž mají být použity robustní a odolně baterie toho typu.
K tomu je zapotřebí ovšem tyto baterie dostat ve větším měřítku z Číny. Tato země dominuje výrobě baterií na bázi železa díky řadě klíčových patentů, které jí umožnily vyrábět 95 % světových LFP článků. Na čínském trhu jsou tedy zdomácnělé. Ostatně nejprodávanější čínský elektromobil, Wuling Mini za 4 500 dolarů (tedy zhruba 100 tisíc korun), používá balíčky LFP od výrobců, jako je Hefei.
Jinam do světě se ovšem příliš nemohly, protože byly považovány za klíčovou technologii, která se má vyrábět výhradně na čínské půdě. To by se teď mělo změnit, protože celá řada klíčových patentů v této oblasti končí.
Společnost Tesla uvedla, že plánuje celosvětově používat baterie LFP ve své flotile vozidel standardního dojezdu a přesunout výrobu baterií blíže ke svým továrnám. „Naším cílem je lokalizovat všechny klíčové části vozidel na kontinentě,“ řekl investorům Drew Baglino, senior viceprezident pro pohonné jednotky a energetické inženýrství ve společnosti Tesla. Tesla staví továrny ve Spojených státech a v Německu. „Interně spolupracujeme s našimi dodavateli, abychom tohoto cíle dosáhli, a to nejen na úrovni konečné montáže, ale co nejdále po proudu.“
Tesla v tomto případě není samozřejmě sama, kdo si uvědomuje výhodu levnějších baterií. Řada výrobců automobilů, včetně General Motors ši Volkswagenu, používají pro vozy s delším dojezdem nebo vozy sportovní baterie s vyšším obsahem niklu (a případně dalších dražších surovin). A pro levnější, základní modely používají baterie levnější.
LFP čili Lithium železo fosfát
Tyto články s vysokým obsahem železa byly jednu dobu považovány alespoň co se elektromobility týče tak trochu za „slepou uličku“ kvůli nízké energetické hustotě. Na začátku roku 2021 stále tvořily méně než 10 % všech dodaných li-ion článků. Ovšem podle analytiků se množství do výrobků článků v druhé polovině roku 2020 meziročně zvýšilo několikanásobně, a další růst bude jen následovat. Mají totiž zásadní výhodu v ceně.
Tento typ článků nabízí kvůli použitým materiálům tedy nižší měrnou hustotu energie (100-160 Wh/kg) než články využívající dražší materiály. Na druhu stranu, mají vysoký měrný výkon. Nominální napětí je nižší a činí 3,2 V a nabíjí se na napětí 3,6 V. Mohou tedy poměrně přímočaře posloužit jako náhrada za klasické olověné akumulátory. Dnes je populární volbou pro uložiště energie, UPS a trakční použití obecně.
Jde o velmi stabilní baterii. Rozkládá se při teplotách kolem 270 stupňů Celsia. Při přebíjení, nadměrném vybíjení, zkratu, propíchnutí cizím objektem a podobně nezačíná rychle, jako tomu bývá u řady jiných dnes používaných typů. Ještě větší výhodou než zvýšená bezpečnost je ovšem malé zastoupení drahých materiálů a tedy nízká cena. To je hlavní důvod, proč její zastoupení na trhu neustále roste. Životnost se počítá na tisíce (2000-5000) cyklů a stárnutí probíhá za běžných teplot pomalu.
Lepší článek
Tesla během stejného hovoru poskytla také velmi skromné informace o postupu v případě nového, vylepšeného článku 4680. Ten by měl dodat “šťávu” Muskovům sny o milionůch elektromobilů ročně. Dojezd vozů by se měl zvýšit o více než 50 %, 16 % z toho díky vyšší energetické hustotě nového článku, a náklady na baterie by měly klesnout na polovinu. Díky tomu by se v prodeji měla v příštích letech objevit Tesla za 25 tisíc dolarů, tedy zhruba půl milionu korun.
Drew Bagliano uvedl, že články by se měly poprvé montovat do vozů na začátku příštího roku. Ale i když je podle něj společnost zatím spokojená s tím, jak práce postupují, nikdo si podle něj nemůže být jistý tím, že vše půjde i nadále podle plánu. Jde o článek s novou architekturou, a tak se mohou stále objevit nečekaná nepříjemná překvapení, „nezámé neznámé“, jak řekl Bagliano.
Člány by měly obsahovat několik novinek. Jedna spočívá ve způsobu odvodu a přívodu elektřiny ze samotného aktivního materiálu na póly baterie. To mají na starost v článcích malé vodivé prvky – anglicky nazývané „tabs“ – obvykle vyrobené z niklu, hliníku, případně mědi. „Tabs“ jsou jedním ze slabších míst baterie. Když se baterie rychle nabíjí či vybíjí, právě v těchto kovových prvcích vzniká velké množství tepla – což je pro lithiovou baterii samozřejmě velký problém.
Tesla si v roce 2020 podala patent na baterie, které se bez těchto vodivých prvků mají zcela obejít (baterie s „tabless“ elektrodami). Změna by měla údajně výrazně zjednodušit výrobu. Umísťování a připevňování „tabů“ totiž podle Muska i Baglina výrazným způsobem zdržovalo výrobu článků. Proces není okamžitý, a tak se kvůli němu musí článek na své cestě linkou zastavit. Bez těchto prvků se údajně může linka pohybovat v podstatě kontinuálně. Můžeme si ji údajně představit jako například plnicí linku na nápoje.
Odstranění kovových prvků by také mělo údajně velmi výrazně snížit množství odpadního tepla, které vzniká při rychlém nabíjení baterií. Což v důsledku může vést k nabíjení většími proudy a tedy zkrácení zastávek na dobíjecích stanicích.
Samozřejmě to je spíše hypotetická úspora. Rychlost dobíjení do značné míry záleží na parametrech samotných nabíječek, které provozovatel z pochopitelných důvodů nemůže měnit každý rok. Doma také tak velkými proudy těžko bude někdo dobíjet. „Tabless“ baterie by však mohly mít například zvýšenou životnost. Vyšší teploty bateriím rozhodně neprospívají.
Novým typem baterie by měla do jisté míry i dohánět konkurenci. Ještě v Modelu 3 totiž používá systém chlazení, který není úplně efektivní. Mezi řadami článků má kanálky na odvod odpadního tepla, které vlastně nejsou zapotřebí. Většina tepla totiž vzniká na obou koncích článků. Dělat mezi nimi místo na kanály je podle jiných výrobců znalců oboru v podstatě zbytečně.
Samozřejmě, znalcům nemusíte věřit. V případě Tesly se už mnohokrát mýlili. V tomto případě ale v podstatě uznává svou chybu i Tesla sama. Nové “balení” baterie kanálky mezi články mít nebude, místo toho budou články umístěny na kapalinou chlazené desce. Velmi podobně jako to je u elektromobilů GM, Fordu, Volkswagenu, Porsche a tak dále a tak podobně.
Místo by se mělo uspořit i jinak. Konstruktér a konzultant Sandy Munro, který proslul svým YouTube kanálem, kde rozebíra elektromobily, nedávno odhadl, že Tesla dokáže zvýšit výkon bateriových celků o více než 50 procent při zachování stejných rozměrů. Do rozměrů baterie pro Teslu 3, která má kapacitu 72 kWh, by se podle něj mohla vejít nová baterie s kapacitou cca 130 kWh.
Kromě zmíněné úspory vzniklé změnou chladícího systému by k tomu měly významně přispět i další změny v konstrukci. Více dílů by mělo být slepeváno, a také svařované části konstrukce se dají udělat efektivněji. Celkem by tam nové bateriové celky podle něj mohly obsahovat o 30 až 40 procent méně oceli.
