Technologie s elektrickým pohonem, v čele s populárními elektromobily, stále velice těsně závisejí na nabíjitelných bateriích. Řada výzkumných týmů intenzivně pracuje na vývoji nových typů baterií, které by dále usnadnily provoz elektrických vozidel nebo třeba letounů. Američtí vědci a inženýři vyvinuli novou lithium-iontovou baterii, která se při nabíjení zahřívá, zatímco při vybíjení zůstává její teplota stálá.
S touto baterií prý bude možné nabít elektromobil na jízdu delší než 300 kilometrů za pouhých 10 minut. Jestliže se podaří vývoj této baterie dotáhnout do komerční podoby, tak by mohla prodloužit dojezd a tím přinést zvrat ve vnímání bezpečnosti vozidel s výhradně elektrickým pohonem.
Vědci zjistili, že existuje silná poptávka po bateriích pro elektromobily, které by bylo možné dobíjet za velmi krátký čas. To ale znamená, že baterie musí rychle pojmout asi 400 kilowattů nabíjecího výkonu. Soudobé baterie elektrických vozidel něco takového nezvládnou. Riskovaly by tím, že se kolem jejich anody vytvoří kovové lithium, což dramaticky zkrátí životnost dotyčné baterie.
Běžné lithium-iontové baterie se nabíjejí i vybíjejí za stejné teploty. Chao-Yang Wang z americké Pennsylvania State University a jeho spolupracovníci obešli problém s tvorbou vrstvy kovového lithia tak, že se jejich nová baterie ohřívá. Nabíjí po dobu několika minut za zvýšené teploty 60 °C, zatímco její vybíjení probíhá za nižší teploty. Podle tvůrců baterie je klíčové, aby zahřátí baterie proběhlo rychle. Pokud by tato baterie zůstala zahřátá delší dobu, tak by to mělo zničující vliv na její životnost.
Aby Wang a spol. zajistili rychlé a zároveň rovnoměrně rozložené zahřátí nové baterie, tak pro její design použili samoohřívací strukturu z niklu. Díky této struktuře se baterie zahřeje za méně než 30 sekund. Důkladné experimenty ukázaly, že lithium-iontová baterie předehřátá na 60 °C vydrží bez problémů fungovat po 1 700 cyklů brutálně intenzivního nabíjení. Stejná baterie za běžné teploty přitom vydrží pouhých 60 cyklů.
Odborníci se doposud domnívali, že by lithium-iontové baterie neměly pracovat za vyšších teplot, kvůli riziku nežádoucích reakcí. Výzkum Wangova týmu ale ukázal, že přínosy rychlého nabíjení za teploty 60 °C dalece převyšují možné negativní dopady této teploty na baterii. Novou baterii by mělo být snadné vyrábět ve velkém, protože je založena na osvědčených komponentech. Niklová samoohřívací folie zvyšuje výrobní cenu baterie asi o 0,47 procenta. Výsledná cena je ale ve skutečnosti nižší, protože nová baterie nepotřebuje externí ohřívání. Wang s kolegy neusnuli na vavřínech a vyvíjejí podobnou baterii pro elektromobily, která by se nabila za 5 minut.
Video: Penn State's Chao-Yang Wang explains research toward more efficient battery
Literatura
Penn State News online 30. 10. 2019, Joule online 30. 10. 2019.
Tesla staví v Austrálii největší Li-Ion baterii na světě
Autor: Stanislav Mihulka (11.07.2017)
Baterie, co dýchá vzduch, by se mohla stát ultralevným úložištěm energie
Autor: Stanislav Mihulka (20.10.2017)
Nová hybridní baterie se dobije za méně než 30 sekund
Autor: Stanislav Mihulka (06.03.2018)
Diskuze:
Vymenitelne baterky
Peter Somatz,2019-11-07 23:16:05
Mali by sa zamerat na ine vlastnosti baterii, hlavne kapacitu, nie rychlost dobijania. To sa da vyriesit tak, ze na pumpe budu pripravene nabite baterie. Sofer len nejakym vozikom zozadu a spodu auta vyberie bateriu a vymeni ju za nabitu.
Re: Vymenitelne baterky
Josef Skramusky,2019-11-09 09:21:40
To zcela jiste ne.
Model vymeny betrii samozrejme neni nic noveho a pouziva jej (nebo minimalne chvili pouzivala) i Tesla a objevuje se zcela pravidelne (i kdyz nikdy neresi vymenu sofer s vozikem ;) . Tento system ma ale mnozstvi nevyhod a diky nim jde v podstate vzdy o reseni vazane na konkretniho vyrobce, ktery pak nasledne musi pocitat s naklady na provoz vymennych stanic (nakonec to zaplati zakaznik, cimz se zvysuji naklady na provoz).
Efektivni rychlonabijeni pres standartizovany konektor by bylo urcite krokem vpred a ma smysl se jim zabyvat.
Standartizace konektoru je resena a momentalne jsou myslim prakticky uvazovane 2 - chademo 2.0 (400kW) a ccs combo 2 (350kW).
Pokud bychom obdobnou miru standartizace chteli zavest i do konstrukce a umisteni baterii, bylo by to podle mne zbytecne omezujici pro navrh automobilu.
Re: Re: Vymenitelne baterky
Peter Somatz,2019-11-09 13:14:33
Neviem presne aky system vymeny baterii Tesla mala, to sa mi nechcelo googlit, ale nasiel som ze bateria vazi cca 540 kg. Takze vymenit to bez pouzitia nejakej mechaniky asi nepojde. Predstavujem si to asi tak ze:
1/ bateria bude viac menej plocha - t.j. napr. maximalne rozmery by mohli byt cca 1,2 m na sirku (aby sa zmestila medzi kolesa), zo 2 m na dlzku, a 30 cm na vysku.
2. Na pumpe budu nastackovane v "skrini", ktora bude mat viac baterii nad sebou 4 - 8.
3. Sofer zastane vedla skrine, zoberie hydrulicko/elekticky (vysoko?zdvizny) vozik,
zasunie jeho ramena do svojej baterie. Tak vznikne nejaky elektricky/data kontakt s vozikom.
4. Sofer na voziku stlaci "odpojit" -> auto mechanicky odpoji bateriu.
5. Sofer vysunie vozik a zastrci vybitu bateriu na volne miesto do "skrine", kde sa zacne pomaly nabijat.
6. Vyberie si nabitu bateriu a obdobnym sposobom ju naistaluje.
Cela tato procedura urcite nebude trvat dlhsie ako 3 minuty. Cize tolko co stravi clovek na pumpe aj dnes. A standardizacia je v priemysle bezna. V najhorsom pripade vzniknu 2-3 druhy baterii.
Vyhoda by bola aj v rychlejsom rozsireni. Clovek by si kupil len auto a cena baterie by sa "rozpustala" pri kazdom tankovani. Teda ak ma bateria napr. 5000 cyklov, tak by pri kupe zaplatil 1/5000 ceny baterie (+ nabijaciu elektrinu) a pri kazdom dalsom tankovani dalsiu 1/5000cinu + nejaku odmenu pumparovi.
Samozrejme, pumpar by baterie musel najskor kupit, cize cena by asi isla hore kvoli urokom atd., ale podstatne je, ze cena auta by bola daleko prijatelnejsia.
Re: Re: Re: Vymenitelne baterky
Peter Somatz,2019-11-09 13:21:32
Hmm, teraz ked tak na to pozeram, tak som nedomyslel, ze kto by vlastne zaplatil za bateriu vyrobcovi pri kupe. Zrejme by museli vzniknut nejake "nad"-pumparske organizacie, ktore by riesili financny clering medzi sebou vzajomne, zmluvnymi pumpami a vyrobcami aut.
Re: Re: Re: Re: Vymenitelne baterky
Pavel Nedbal,2019-11-09 19:07:15
Za prvé, výměna baterií by vedla k riziku, že při výměně dostanete mizernou, která nemusí mít kapacitu, nebo Vás po pár kilometrech zapálí. Za druhé, patrně by se k zapůjčeným bateriím řidiči chovali bezohledně (není to moje, tak co).
Můj soukromý názor na elektromobilitu: zatím to vzhledem k dostupnosti a ceně není aktuální věc. Nechejme to trhu, například: bude -li chtít majitel supermarketového parkoviště zvýšit tržby, nabíječky tam postaví (bohatší klientela). Pro distributory el. energie totéž: prodají -li proud přes nabíječky výhodně, a zároveň dostupně pro elektromobilisty, budou růst všude jako houby po dešti. U rodinných domů ať ve městě, nebo na venkově, po drobném posílení trafačky žádný problém. S výhodou za noční proud.
Re: Re: Re: Re: Vymenitelne baterky
Lenka Svobodová,2019-11-10 03:21:37
To by nebylo tak že by se měnily všechny baterie. Vozidlo by muselo mít vnitřní baterii a normalizovaný kastlík na vkládání externích baterií a přečerpávací systém. Externí baterie by provozoval půjčovatel. Externí baterie by si automobilisté brali na delší jízdy nebo, když by nestihli nabít vnitřní baterii. Pak by za jízdy přečerpali proud z vnější baterie do vnitřní barterie a vypotřebovanou baterii vrátili na nejbližší pumpě.
Chlazení?
Stanislav Brabec,2019-11-06 20:15:54
Autoři pečlivě popsali technologii rychlého zahřátí. Ovšem celý článek se obratně vyhýbá odpovědi na otázku: Jak se to bude chladit?
Při optimistické 95% účinnosti a 400 kW výkonu se bude při nabíjení uvolňovat 20 kW ztrátového tepelného výkonu, a to v baterii předehřáté na 60 °C.
To je hezké
Václav Čermák,2019-11-06 09:45:45
a teď ještě k té baterii těch 400kW na nabíjení dostat. To bude panečku konektor.
A taková normální "benzínka" pak bude potřebovat přívod v řádu MW. Jo, když bude vedle ní zakopaný malý jaderný reaktor, tak to asi smysl dává a bude to i čistý zdroj energie. Ten reaktor by ale byl lepší ještě menší rovnou v tom autě, pak by žádné benzínky ani nabíjecí stanice nebyly potřeba vůbec a dojezd by nebyl x set km, ale podobně jako u letadlové lodi: neomezeně, 20 - 25 let.
Re: To je hezké
Jaroslav Lepka,2019-11-06 11:21:28
Už to vidím, jak k dobíječce dorazí současně tak řekněme 5 aut ( málo, vím, ale není každý den pátek odpoledne) a vyskáčou jistící prvky až v Temelíně.
Re: Re: To je hezké
Lenka Svobodová,2019-11-10 03:27:58
Já si taky myslím, že rychlé nabíjení by způsobovalo značné kolísání napětí v síti. Patrně by se mohlo nabíjet jen jedno auto. Ostatní by mohly být připojené taky, ale nabíjet by se začaly postupně v pořadí jak přijely k pumpě. Dostali by esemesku, až jejich auto přide na řadu. Takže ve skutečnosti by to netrvalo 10 min, ale třeba půl hodiny v případě, že už by tam stála 2 auta.
Re: To je hezké
Pepa Vondrák,2019-11-06 15:57:47
Vidím to tak, že stejně jako nyní je na benzínce cisterna, tak tam může být i velká "přečerpávací" baterie a připojení na síť bude v mezích toho co je reálně možné.
Re: Re: To je hezké
Graphen Lovrr,2019-11-07 18:14:12
Ano, takhle nějak to bude vypadat. Velká baterie pod zemí na pokrytí špiček a velkých zátěží. https://youtu.be/tCwiuCO9Mgc?t=60 Zkouší to i ČEZ
Re: Re: Re: To je hezké
Jan Novák9,2019-11-07 22:07:24
A cena? V miliardách korun? Postavíme u každé čerpačky Tesla baterii jako v Jižní Austrálii - stála přes 2 miliardy korun. Uvědomte si laskavě že to budete platit taky, ať už ve formě dražšího jídla a výrobků nebo daní. I pokud daně neplatíte a na státu se jen přiživujete tak to bude znamenat že na vás žádné peníze nezbudou.
Re: To je hezké
Josef Skramusky,2019-11-07 19:43:21
Zní to brutálně, ale řádově se již takovými proudy nabíjí - chademo 1.0 65kW tesla supercharger 120kW
Specifikace pro 400kW už také je - CHAdeMO 2.0 https://en.wikipedia.org/wiki/CHAdeMO.
Uvažují vodou chlazené kabely.
Zkusmo orientační nástřel.
U=1000V -> I=400A.
Uvažujme 5m dobíjecí kabel 50mm2 (cca 8mm průměr vodiče bez izolace).
R = 0,0018ohm
Ztrátový výkon ~300W (0,0018*400*400)
Ztráta na kabelu < 0,1% (300/400000)
Váha kabelu necelých 5kg.
Na nějakém rameni by mohl mít kabel asi i podstatně větší průřez.
Zbytečný výzkum
Luboš Terkel,2019-11-06 09:05:23
Mám Teslu, po nějakých 200 km si rád zajdu na kafe a je mi jedno, zda dobíjím 10 minut, nebo 20, stejně mi tak rychle kafe nepřinesou a mám čas si aspoň dojít na toaletu a přečíst maily v mobilu.
Re: Zbytečný výzkum
Jaroslav Lepka,2019-11-06 11:10:27
Hezké PR. Zdá se, že jste A) nepochopil podstatu problému, B) odmítáte postřeh, že bez vašeho tzv "zbytečného výzkumu" byste asi chodil pěšky a pil maximálně vodu z potoka, C) se musel pochlubit, jaký jste to štráfek, že máte Teslu a D) si řádně spletl server, tohle není bulvár.
Re: Re: Zbytečný výzkum
Jiří Klejna,2019-11-06 11:35:34
Minimálně C a D bych vynechal. Nehodí se to.
Re: Re: Zbytečný výzkum
Milan Kechrt,2019-11-10 13:53:17
Jste silně negativní člověk, když se chce, tak jde všechno. Jenom vy ne.
Re: Zbytečný výzkum
Richard Vacek,2019-11-06 11:33:11
To už jsem slyšel, že výhoda takového auta je, že si při tankování můžu zapálit cigaretu. A nevýhodou je, že vykouřím celý balíček.
Re: Zbytečný výzkum
Jiří Klejna,2019-11-06 11:48:20
Zbytečný ne. Vyšší počet nabijecích cyklů má smysl.
Re: Zbytečný výzkum
Jiří Pospíšil,2019-11-06 13:46:28
Jo četl jsem poutavý a dramatický článek o tom, jak jel redaktor s Teslou do Paříže. Popsal, co si dal u které nabíječky, jak tam ani moc lidí nebylo a když bylo, tak se najedl a tak. Přespal v levném hotelu a druhý den byl v pohodě a jako na koni v Paříži. Pro jistotu dobíjel asi pětkrát. Psal, že kdyby jel na prázdné baterky, stačilo by čtyřikrát.
Až jsem mu záviděl. Když jsem kdysi jezdil na podobné vzdálenosti, tak třeba zrovna tam jsem cestou jednou tankoval, jednou jsem si ještě podruhé odskočil i to kafé si někdy dal, dojel jsem téhož dne a bylo to docela nudné, prostě se jelo a na reportáž by to nebylo. Raději jsem jezdil v noci, šlo to bez zácp. Díky opravdu rychlému přejezdu Německa čas celkem kolem deseti hodin. Doma a poblíž Paříze to bylo pomalejší. No prostě normálka.
energie versus nabíjecí výkon
Pavel Prokes,2019-11-06 08:36:22
Vysvětlení je prosté. Nejspíš ve snaze přiblížit výsledky výzkumu prostým Američanům se i mateřské pracoviště autorů (Pennsylvania State University) se uchyluje k nepřesnosti a uvádí: "...charge rate would require a battery to rapidly take in 400 kilowatts of energy,...". Volí raději termín "energii" místo výkonu.
Re: energie versus nabíjecí výkon
Richard Vacek,2019-11-06 11:37:24
S překlady to je problém vždy. Já mám settopbox a číňan vše přeložil do češtiny. Takže u volby video formátu mám místo "PAL" nabídku "KAMARÁD". Takže občas reverzně překládám zpět do angličtiny a opět do češtiny, abych pochopil co měl autor na mysli.
Proč autoři nečtou vzájemně své texty
Miroslav Gretschelst,2019-11-06 02:22:22
Ještě než jsem odešel do důchodu, musel jsem absolvovat školení, ve kterém nás učili, že vzájemná kontrola naší práce je nežádoucí náklad a proto se musí odbourat. Vím dobře, jak je člověk zaslepený svou prací a nevidí evidentní chyby, které by kolega odhalil při prvním podívání. No a tady je to taky. Božínku, energie se přece neudává v kilowattech! Co si mám pak pomyslet o těch částech textu, které jsou mimo můj obor? Prosím, čtěte si navzájem svoje texty před zveřejněním! Představa, že je to nežádoucí náklad je více než mylná.
Re: Proč autoři nečtou vzájemně své texty
Vojta Ondříček,2019-11-06 04:24:16
Také jsem trpěl pane Miroslave, současně se tím už bavím.
Přitom jaksi nechápu, že lidé mající denně prakticky co do činění s výrazy "výkon" a "energie", přesto tyto pojmy zaměňují.
Tuhle mne pobavilo v TV, kde vyšetřovatelé jedné vraždy aspoň dvacetkrát zmínili, že oběť byla zasažena střelou ráže 25 milimetrů s přidanou fotkou dámské pistolky. OK. Byl to překlad z USAmeričtiny do Němčiny, ale to neomlouvá ani překladatele a už vůbec ne zodpovědného redaktora. :-))
Re: Proč autoři nečtou vzájemně své texty
Petr Petr,2019-11-06 06:40:57
I v zahraničí je to kW energie...
https://techxplore.com/news/2019-10-lithium-ion-battery-electric-vehicle.html
ovšem ve vědeckém článku je zmíněn 400 kW nabíjecí výkon...
Re: Re: Proč autoři nečtou vzájemně své texty
Jiří Pospíšil,2019-11-06 13:29:46
Nabíječka 400 kW. Takže ještě větší příkon kabelem do nabíječky. Budou jich nabíječek v těch nabíjecích stanicích víc? No zcela jistě. Jinak by ty kavárny a hotely u nich neměli zákazníky. To je tedy o nových transformátorech a vedení vysokého napětí, přivedení nových kabelů nebo sloupů k těm stanicím, tam další transformátory a daleko silnější kabely na nabíjecím kabelu do auta i v autě. V autě další transformace a měnič a pěkně chlazený. To už není jako nabíjet baterie do telefonu. A také to znamená konec nabíjení těchto aut doma. Protože to samozahřívání by pomalu, ale jistě zahřívalo i při takovém tom domácím nabíjení. A samozahřívalo by to sice pomalu, ale dlouho. Anebo? Kolik si počítá dodavatel proudu za jističe na ten balík Ampérů na příkon půl MW pro domácnost? A kolik stojí vedení vysokého napětí do bytu s transformátorem na balkoně nebo kde? Nebylo by načase se bavit o tepelném namáhání vodičů a s tím souvisejících ztrátách? Nebo se to vezme jako uklízení chodníků od sněhu v zimě a příspěvek k oteplení planety? To bude dobrým impulzem pro těžební průmysl a výrobu mědi.
Je to divné, ale každá významná úspora nakonec skončí růstem použivatelů, a větší spotřebou všeho. Vždycky, prakticky bez výjimek. A novou agenturou, novými dotacemi a přidělovači dotací a pomocníky pro získávání dotací a kontrolory dotací a novými neziskovkami a...
Re: Re: Re: Proč autoři nečtou vzájemně své texty
Martin Pravda,2019-11-06 14:06:53
Skladováním el. energie na "pumpě" (jedno v jak těžkých bateriích), by šlo řešit výkyvy v poptávce při současných transformátorech a vedení vysokého napětí.
Problém je spíše lithium. Přestože je ho na planetě vcelku dost, a to i v zajímavých koncentracích, jako jsou soli vyschlých moří. Jeho získávání je stejně efektivnější hlubinou těžbou, popírající ovšem výhody elektromobilů.
Vody je na Zemi taky spousta. Akorát, že z většiny slaná a lidé taky umírají žízní...
Re: Re: Re: Re: Proč autoři nečtou vzájemně své texty
Jan Novák9,2019-11-06 19:20:56
Baterie na pumpě je potřeba k pumpování.
Pokud ji využijete k vyrovnávání nebude výkon k pumpování k dispozici.
Pokud ji uděláte větší než je nezbytně nutné k tankování kradete peníze lidí kteří tankují a platí něco co nechtěli.
Při nahrazení benzínu elektřinou bude odběrová špička způsobena tankováním.
Můžete ovšem udělat baterie v desítkách MWh u každé dobíjecí stanice a dobíjet je opravdu když je energie dostatek - majitelé Tesly která stojí 1000Kč denně v pořizovacích nákladech asi mají na to aby platili několik tisíc za každé tankování proto aby zaplatili ty baterie...
... A vy máte dost na to abyste zaplatil cenu dopravy přenesenou do ceny jídla.
Slaná voda není problém, není těžké ji odsolit.
Problém jsou lidi kteří čekají na pitomé Evropany aby jim vykopali studnu místo aby se sami chopili lopaty. Inteligence a kultura, to je to oč tu běží.
Re: Re: Re: Re: Re: Proč autoři nečtou vzájemně své texty
Martin Pravda,2019-11-07 12:19:59
Je to pouze akademické, ale nárůst používání elektromobilů v běžném provozu by byl stejně postupný (v budoucnu nevyhnutelný, pokud tedy ropa není abiogenního původu - ovšem i v tom případě se tvoří pomalu, což přibývajícímu lidstvu s jeho stále stoupajícími nároky nebude stejně stačit), takže baterie v desítkách MWh by rostly postupně od řádu MWh a přenosová síť může být stávající - "pumpy" budou akumulovat levný "proud", a podle množství uchovávané el. energie a provedení závazné poptávky jejího odběru mohou stanovovat ceny (něco jako "taxi" Uber) - moderní elektronika to umožní. Problém ovšem není rychlost nabíjení (kterou řeší diskutovaný objev), ale právě lithium - množství a dostupnost (při současných technologiích těžby a zpracování), tvořící jeho dnešní vysokou cenu.
Apropo, slannou vodu není problém odsolit, jen to je (při současných technologiích) právě taky drahé...
Lidi, kteří čekají na pitomé Evropany aby jim vykopali studnu místo aby se sami chopili lopaty, při nutné hloubce té studny chápu. Kadaffí v Libyi za petrodolary musel kopat stovky metrů hluboké studny, aby se dostal k zásobám fosilní vody...
přímo na pumpě elektrárna
Lenka Svobodová,2019-11-10 03:42:41
Anebo by elektrárna mohla být přímo na půmpě. Plynová elektrárna vyrábějící proud tehdy, když přijede elektromobil se nabít. Otázka je, jestli by se vyplatila elektrárna, která by pacovala jen 4 hodiny denně. Mohly by to být palivové články na svítiplyn a výkonem 420 kW
Re: Proč autoři nečtou vzájemně své texty
Jaroslav Lepka,2019-11-06 11:15:44
No jo, když oni věrozvěsti nového náboženství jaksi nejsou silní ve fyzice. Domnívám se, že pro většinu z nich není rozdílu mezi mW a MW a dobíjecími proudy pro mobil a elektromobil, nehledě na přesvědčení, že Ohmův zákon je jen školní buzerace, jíž se lze vyhnout páteční demonstrací, stačí přece vědět, že elektřina se bere ze zásuvky a bude ráj.
Re: Proč autoři nečtou vzájemně své texty
Josef Skramusky,2019-11-07 20:22:50
Autorů bych se zastal, obávám se, že odměnou za jejich práci na Oslovi není o mnoho více než dobrý pocit. Buďme jim tedy vděční. Já rozhodně jsem.
Přesto bych se také za úpravu formulace přimlouval.
V momentě kdy čtu článek já už je tam sice výkon, ale stejně mne věta hned praštila do očí.
Z nějakého důvodu se ten výkon a energie lidem plete. Přitom s obdobným příkladem vzdálenost/rychlost problém nebývá.
Nevím jaká byla v článku původně formulace, nyní je tam podivná věta "To ale znamená, že baterie musí rychle pojmout asi 400 kilowattů nabíjecího výkonu", kde se sice vyskytuje výkon i jeho správná jednotka, ale formulace věty evokuje spíš představu energie.
Převedu-li to z výkonu na rychlost, mohla by obdobně formulovaná věta znít "To ale znamená, že musí automobil rychle ujet asi 400 km/h rychlosti". No nezní to divně? ;)
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
