Batérie, ktoré sa nabijú za okamih!

Nabíjanie bežného elektromobilu z domácej jednofázovej zásuvky, je záležitosť na celú noc, alebo na celú pracovnú dobu. (Nehovoríme o hybridných vozidlách, ktoré majú batériu malej kapacity. Tie sa nabijú rýchlejšie.) Nevadí to, ak auto požívate na nákupy s akčným rádiusom max. pár desiatok kilometrov, alebo ak by ste na elektromobile dochádzali do práce a počas pracovnej doby ho nechali pár hodín dobíjať. Ak sa ale vydáte na dlhšiu trasu, alebo autoturistiku, je tu problém. Ani experimentálne nabíjacie stanice s veľkým výkonom nedokážu dobiť veľkokapacitné batérie v únosnom čase. Isto to nie je ani „na kávičku“.

 

Cesty k cieľu sú kľukaté

Vývojári preto horúčkovito hľadajú vhodné scenáre a riešenia – od bezdrôtového nabíjania (čo samo o sebe neskracuje čas, len zlepšuje komfort a pohotovosť, v lepšom prípade ušetrí pár minút manipulácie s káblom), po „prepriahacie stanice“ s výmenou batérií za nabité. Tam je tiež viac otáznikov, než by bolo milé. Kórejskí vedci z Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) však zažali svetielko nádeje. Vyvinuli totiž špeciálnu katódu pre lítium-iónové batérie, ktorá dramaticky zrýchli nabíjací proces, informoval napr. Engadget. A keď hovoríme dramaticky, myslíme tým naozaj neuveriteľných 30 až 120 krát rýchlejšie. Viete si predstaviť nabitie batérií takého vozidla ako Tesla Roadster napríklad za minútu? Možno ešte skôr, než by ste stihli natankovať plnú nádrž benzínového motora. Nie? Robíte dobre, lebo tŕnistá je cesta k úspechu.

UNIST tim

Prof. Jo Jae-pil z Ulsan National Institute of Science and Technology (vľavo) a ďalší člen tímu Lee Sang-han vyvinuli materiál pre katódy, ktorý umožní Li-ion batériu nabiť na 50% kapacity za 6 sekúnd

Dobrou správou je, že katódu sa vedcom z UNIST podarilo modifikovať naozaj prevratným spôsobom. Bežný materiál z oxidu líthia a mangánu (LMO) impregnovali roztokom obsahujúcim grafit. Okrem toho rozmiestnili v celom objeme katódy vodivú mriežku, ktorá spôsobí, že pri nabíjaní sa všetky energeticky aktívne častice aktivujú (nabíjajú) naraz. Pri bežných Li-ion batériách postupuje proces nabíjania od povrchu elektródy smerom dovnútra a trvá relatívne dlho.

UNIST katoda princip

Princíp rýchlonabíjacej katódy vyvinutej v UNIST

To spôsobí, že batéria sa nabije rýchlo, 30 až 120 krát rýchlejšie, než je bežné. Ako však pripomínajú komentátori tohto objavu, batéria, to nie je len katóda, ale aj anóda, elektrolyt a obal. Azda však nebude neprekonateľným problémom superrýchle batérie skompletizovať a dotiahnuť do komerčne využiteľnej podoby. Tým sa však objaví ďalší problém nerudovského charakteru, „kam s ním“?

 

Nabíjať v elektrárni?

Ak majú dnešné prípojky nabíjacích staníc pre elektromobily príkon 3,3 kW, resp. 6,6 kW, 120 násobné zrýchlenie nabíjania rovnakej kapacity si vyžiada aj 120x vyšší prúd pri rovnakom napätí. Ak máme dnes teda napr. pri prípojke 400V s príkonom 6,6 kW prúd  16,5 A, pri „ládovaní“ naplno by sme potrebovali prúd 120x väčší, teda takmer dva kiloampére a výkon 792 kW. To by sme mohli auto nabíjať tak akurát v trafostanici, pretože rozvodné siete, ktoré by takúto záťaž zniesli v rezidenčných štvrtiach neexistujú.

 

Vyzerá to nádejne, nielen pre elektromobily

Ak nebudeme mať veľké oči a budeme nabíjať „len“ 30x rýchlejšie, potrebný výkon klesne takisto na štvrtinu (198 kW) a to by sa už, minimálne v nabíjacích staniciach, dalo zvládnuť. Aj Tesla Motors už vyvinula nabíjací systém SuperCharger  s výkonom 90 kW, ktorý je schopný Li-ion batérie jej elektromobilov nabiť za hodinu na dojazd 300 míľ (482 km). Ak by boli batérie schopné adsorbovať 198 kW nabíjacieho výkonu, za hodinu by sme do nich teoreticky natlačili energiu na 1060 km dlhú trasu a pri maximálnom možnom zrýchlení (a výkone) až neskutočných cca 4000 km. Samozrejme, nefunguje to takto aritmeticky, ale bežný dojazd, napríklad 300-400 km by sa mohol skrátiť na prijateľný čas nabíjania aj niekde po ceste. Zdá sa, že všetko je len vecou dotiahnutia detailov a pevnej vôle zainteresovaných.

Aj keď zázračné správy o prelomových objavoch v oblasti batérií sa objavujú so železnou pravidelnosťou a od nástupu Li-ion (Li-Pol) batérií sa nič z týchto zázrakov neobjavilo na komerčnej scéne. Snáď sa to tentoraz podarí.

Foto: Korea Energy, Business-Opportunities