Batérie s pevným elektrolytom patria medzi technológie, ktoré automobilový priemysel označuje za možnú revolúciu už niekoľko rokov. Sľubujú totiž presne to, čo dnešným elektromobilom stále chýba – výrazne dlhší dojazd, kratší čas nabíjania a vyššiu bezpečnosť. Doteraz však medzi laboratóriom a sériovou výrobou stála jedna obrovská prekážka: cena a náročnosť výroby.

Teraz však prichádza nový kandidát, ktorý by mohol túto situáciu zmeniť. Japonská spoločnosť Sumitomo Chemical v spolupráci s výskumníkmi z univerzít v Kjóte a Tottori vyvinula nový typ pevného elektrolytu na báze halidov. Podľa firmy by práve tento materiál mohol pomôcť dostať solid-state batérie bližšie k masovej výrobe. Na tému upozornil Electrive.

Nejde pritom len o ďalší experiment v laboratóriu. Najväčšou výhodou nového riešenia má byť spôsob, akým by sa dalo vyrábať. A práve výrobný proces je dnes miestom, kde väčšina podobných technológií narazí na svoje limity.

Najväčší problémnie je výkon, ale výroba

Klasické lítium-iónové batérie, ktoré dnes používajú elektromobily od Tesly, Volkswagenu, Hyundaiu či čínskych výrobcov, využívajú tekutý elektrolyt. Ten umožňuje pohyb iónov medzi elektródami, no zároveň prináša bezpečnostné riziká. Pri poškodení alebo prehriatí môže dôjsť k nežiaducim chemickým reakciám a v extrémnych prípadoch aj k požiaru.

Batérie s pevným elektrolytom tento problém riešia tým, že kvapalný elektrolyt nahrádzajú pevným materiálom. Vďaka tomu môžu používať aj nové typy elektród a teoreticky ponúknuť oveľa vyššiu energetickú hustotu.

Výsledkom by mohli byť elektromobily, ktoré zvládnu stovky kilometrov navyše bez zväčšovania batérie. Nabíjanie by sa zároveň mohlo skrátiť z desiatok minút na niekoľko minút. Lenže realita je komplikovanejšia. Výrobcovia musia vyriešiť problém s výrobou veľkých článkov, stabilitou materiálov aj cenou. Technológia, ktorá funguje v malom laboratórnom článku, totiž nemusí byť automaticky vhodná pre milióny batérií ročne.

Halidy môžu obísť slabinu najväčšieho konkurenta

V súčasnosti patria medzi najviac skúmané solid-state riešenia najmä sulfidy. Tie majú veľmi dobrú iónovú vodivosť, čo znamená, že umožňujú rýchly pohyb nabitých častíc vo vnútri batérie. Ich problémom je však citlivosť na prostredie. Sulfidové materiály reagujú s vlhkosťou, čo znamená, že ich výroba si vyžaduje špeciálne suché priestory s extrémne kontrolovanými podmienkami. To dramaticky zvyšuje náklady a komplikuje masovú produkciu.

Práve tu vidí Sumitomo Chemical svoju príležitosť. Nový elektrolyt založený na halidoch má byť stabilnejší a jednoduchší na spracovanie. Ak sa tieto vlastnosti potvrdia aj pri veľkoobjemovej výrobe, automobilky by nemuseli investovať miliardy do úplne nových fabrík. A to môže byť rozhodujúci faktor.

Jednou z najväčších výziev pri prechode na novú generáciu batérií je totiž výrobná infraštruktúra. Automobilky dnes budujú obrovské továrne na klasické lítium-iónové články a ich úplná prestavba by bola mimoriadne drahá. Sumitomo Chemical tvrdí, že jeho materiál by mohol umožniť využitie časti existujúcich výrobných procesov. To by výrazne skrátilo cestu od prototypu k sériovej výrobe.

Práve schopnosť vyrobiť novú technológiu lacnejšie môže rozhodnúť o víťazovi celého súboja. V automobilovom priemysle totiž nestačí vytvoriť najlepší článok. Musí byť zároveň dostatočne lacný na to, aby sa dostal do miliónov áut. Cieľom japonskej spoločnosti je podľa vlastných vyjadrení dosiahnuť výrobné náklady porovnateľné s dnešnými prémiovými lítium-iónovými batériami.

Ak by sa to podarilo, solid-state technológia by už nebola len výsadou drahých experimentálnych vozidiel.

Toyota, Nissan aj ďalší hráči tlačia na vývoj

Sumitomo Chemical však nie je jediný hráč, ktorý chce ovládnuť budúcnosť batérií. Japonské automobilky patria medzi najaktívnejších vývojárov solid-state technológie. Toyota už roky pracuje na vlastných riešeniach využívajúcich sulfidy a plánuje ich nasadenie v sériových vozidlách. Nissan zase oznámil ambíciu uviesť vlastnú generáciu solid-state batérií približne v druhej polovici desaťročia.

Rozdiel je v prístupe. Kým viaceré firmy vsadili na sulfidy, Sumitomo Chemical skúša inú cestu prostredníctvom halidov. Ak sa ukáže, že tento materiál ponúka podobný výkon bez extrémnych výrobných požiadaviek, môže získať výraznú konkurenčnú výhodu.

Do pretekov navyše vstupujú aj čínski výrobcovia batérií, ktorí dnes dominujú globálnemu trhu. Spoločnosti ako CATL či BYD investujú obrovské sumy do vývoja nových chemických zložení a lacnejšej výroby.

Kedy sa dostanú do áut?

Najväčšou otázkou zostáva, kedy sa solid-state batérie objavia v bežných elektromobiloch. Automobilky sú v tomto smere opatrné. Aj keď prototypy často ukazujú obrovský potenciál, sériové nasadenie si vyžaduje roky testovania. Batéria totiž musí vydržať tisíce nabíjacích cyklov, rôzne klimatické podmienky a každodenné používanie počas mnohých rokov.

Pre vodičov však môže byť výsledok zásadný. Dnešné elektromobily už ponúkajú veľmi slušný dojazd, no stále existujú kompromisy – vyššia cena, dlhšie nabíjanie alebo obavy zo starnutia batérie. Solid-state technológia by mohla tieto slabiny výrazne zmierniť.

Ak sa Japonsku podarí vyriešiť výrobný problém, elektromobilita môže dostať nový impulz. Nešlo by už len o postupné vylepšovanie súčasných batérií, ale o skutočný technologický skok, ktorý by mohol zmeniť pravidlá hry na trhu s elektrickými autami.

Zatiaľ však zostáva najväčšia otázka rovnaká ako pri všetkých revolučných technológiách: dokážu vedci vytvoriť riešenie, ktoré nebude fungovať iba v laboratóriu, ale aj v miliónoch áut na cestách?

Čítajte viac z kategórie: Tech