V Číně vyvinuli Li-Ion akumulátor se 711 Wh/kg, má však mizernou životnost
4.5.2023, Milan Šurkala, aktualita
V čínském Chinese Physical Letters se objevil vědecký článek, který prezentoval zajímavý lithiový akumulátor. Dosahuje totiž extrémně vysoké energetické hustoty přes 711 Wh/kg. Bohužel je jeho životnost více než mizerná.
Vývoj akumulátorů nabral v posledních letech zběsilé tempo a vypadá to, že sotva, co lithiové akumulátory překonaly hranici 300 Wh/kg, už existují vzorky s hodnotami přes 400 Wh/kg a možná na ně ani nebudeme muset čekat do dalšího desetiletí (v autech bych se už letos měly objevit verze s 360 Wh/kg). To se ale teprve ukáže. Víme navíc, že v laboratořích se pracuje už na bateriích, které by měly pojmout okolo 500 Wh/kg, nicméně čínští vědci už v časopise Chinese Physical Letters prezentovali dokonce takové, které překonávají 700 Wh/kg.
ilustrační foto, zdroj: stock.adobe.com
Svůj článek označují jako LRM (Lithium-Rich Manganese, v zásadě jde ale stále o tradiční NCM). NCM je obecně asi nejlepším kompromisem mezi životností a energetickou hustotou (nejvyšší hustota, zhruba dvojnásobná životnost proti NCA, poloviční proti LFP, horší je to s cenou a kontroverzními materiály). Nadále je tu tedy nikl, kobalt a mangan. Zatímco v poslední době se především zvyšuje podíl niklu a z NCM111 jsme se dostali už na NCM622 nebo dokonce NCM811, čínští vědci naopak dramaticky zvýšili podíl manganu (ten se ale např. dostává i do akumulátorů LMFP, které mají výrazně vylepšit dost nízkou energetickou hustotu článků LFP). Konkrétně by mělo jít o chemické složení Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2. Podstatně se zvětšil objem katody, zatímco kovová anoda z lithia svůj objem poměrově zmenšila.
Když byly baterie provozovány v rozsahu napětí 2 až 4,8 V, dosáhly energetické hustoty 601,78 Wh/kg a 1175,56 Wh/l. Šlo o články s kapacitou 9,72 Ah. Poté, co bylo pracovní napětí rozšířeno do rozsahu 1,25 až 4,8 V, hustota se dostala na 701,06 Wh/kg a 1621,84 Wh/l. Externí laboratoř je otestovala a došla dokonce k hodnotám 711,3 Wh/kg a 1653,65 Wh/l. To vše zní sice pěkně, má to ale několik háčků.
Máme tu velký rozdíl mezi maximálním a minimálním napětím, tedy i velkou změnu dodávaného výkonu při plném nabití a téměř úplném vybití. Za další je to životnost. Druhý cyklus přinesl mírný pokles, to ale není nic neobvyklého. Důležité je ale především to, co se děje v následujících cyklech. A už ve třetím zbývalo v akumulátoru jen 78,2 % jeho původní kapacity (pokles pod 80 % se obvykle považuje za dosažení konce životnosti). Pro praktické nasazení je to tedy nepoužitelné. Pojďme se ale ještě podívat, co by to mohlo znamenat, kdyby se taková baterie použila v elektromobilu a měla nějakou rozumnou životnost.
100kWh akumulátor u dnešních modelů NCM s 250-270 Wh/kg váží 370-400 kg v článcích (v LFP by to ale bylo přes 600 kg), ale s obalem, chlazením a dalším příslušenstvím se s přehledem dostane hodně přes půl tuny (např. 108kWh akumulátor v Mercedesech by měl vážit dokonce přes 700 kg). Pokud by ale 100kWh akumulátor měl články s hustotou 711,3 Wh/kg, jejich hmotnost by byla jen necelých 141 kg a se vším všudy by se patrně celý akumulátor vešel někam mezi 200-250 kg. Hmotnost takového vozu by mohla klesnout oproti dnešním 100kWh elektromobilům o 300 až 450 kg. Pokud jde o objemovou hustotu, tam jsme obvykle někde okolo 700-750 Wh/l (133 až 143 litrů objemu v článcích), s nárůstem na 1653,65 Wh/l by články zabíraly jen 60 litrů.
