Spoločnosť Toyota je známa ako priekopník v elektrifikácii automobilov a najväčší výrobca hybridov. Značka súčasne investuje do vývoja technológie vodíkových vozidiel. To však neznamená, že najväčší výrobca automobilov rezignuje na autá poháňané batériami. Práve naopak – najmä s myšlienkou na BEV (Battery Electric Vehicle) vyvinula značka platformu e-TNGA a súčasne pracuje na novej generácii batérií, ktoré majú šancu spôsobiť revolúciu na automobilovom trhu. Sú to lítium-iónové batérie s pevným elektrolytom.
Na trhu sa objavuje čoraz viac automobilov s batériami s dlhším dojazdom, kratším časom nabíjania a lepším výkonom. Aby mohli na trhu dominovať, potrebujú technologický prelom. Odpoveďou by mohli byť batérie s pevným elektrolytom. Toyota skúma túto technológiu od roku 2012 a vlani oznámila, že na základe nového riešenia vyvinula prvý elektromobil.
Lítium-iónové batérie s pevným elektrolytom majú množstvo predností, vďaka ktorým sa v priebehu niekoľkých rokov s určitosťou stanú rovnako bežnými ako teraz používané lítium-iónové batérie s tekutým elektrolytom. K najdôležitejším výhodám patrí kratší čas nabíjania a vyššia hustota energie, ktorá umožňuje zvýšiť dojazd. Ale kým sa tak stane, musia vedci vyriešiť ešte niekoľko problémov. Aj keď výskum batérií s pevným elektrolytom trvá od 50. rokov minulého storočia a komerčne sa začali využívať v roku 2011 vďaka spoločnosti Bollore, technológia ešte nedosiahla takú úroveň, aby bolo možné začať s masovou výrobou.
Ako fungujú?
Tieto batérie sú založené na pevnom elektrolyte, ktorý nahrádza tekutý elektrolyt alebo polymérny gél v lítium-iónových batériách. Princíp fungovania obidvoch typov je v zásade rovnaký. Katóda a anóda sú oddelené elektrolytom, cez ktorý prechádzajú nabité ióny. Keď sa na anóde uvoľní energia, príde k oxidačnému procesu, pri ktorom sa uvoľnia elektróny. Ich pohyb vytvára prúd.
Batérie s pevným elektrolytom môžu mať dvakrát až osemkrát vyššiu hustotu energie ako bežné lítium-iónové batérie. Zároveň je v ich prípade omnoho menšie riziko vzplanutia. Ďalšou prednosťou je to, že nový typ batérie generuje o 70-80 percent menej tepla a pri jej konštrukcii sa podarilo vyhnúť toxickým látkam používaným v súčasnosti. Ďalšími výhodami sú rýchlejšie nabíjanie, dlhšia životnosť a vyššie napätie.
Čo vieme o batériách Toyota?
Toyota prihlásila v rokoch 2009 – 2018 viac ako 1500 patentov týkajúcich sa batérií s pevným elektrolytom. Niekoľkonásobne viac ako iní hráči zaoberajúci sa touto technológiou. Jej rozvoju prospieva aj to, že japonské spoločnosti a výskumné centrá môžu využívať vládny výskumný fond určený pre ,,zelené” technológie vo výške 10 miliárd dolárov.
Toyota tvrdí, že jej nové batérie s pevným elektrolytom poskytnú dojazd až 500 km, teda dvojnásobok v porovnaní s tradičnou lítium-iónovou batériou. Nabijú sa za 10 minút.
Prvým elektromobilom spoločnosti Toyota s batériou s pevným elektrolytom bude SUV postavené na novej platforme e-TNGA. Produkčnú verziu môžeme očakávať okolo roku 2023 – 2024. Toyota už pracuje na technológiách masovej výroby nového typu batérií a oragnizuje dodávateľský reťazec. Spoločnosť Mitsui Minings čoskoro spustí pilotný závod na výrobu pevných elektrolytov pre batérie. Od budúceho roka bude mať závod výrobnú kapacitu desiatok ton pevných elektrolytov ročne. To stačí na pokrytie objednávok pre potreby prototypov automobilov.
Ďalšie vývojové práce
Batérie s pevným elektrolytom predstavujú veľmi sľubnú technológiu, no vedci sa musia vysporiadať s poslednými problémami. Prvým sú výrobné náklady – v roku 2012 stála jedna batéria s pevným elektrolytom s rýchlosťou 20 Ah približne 100 000 dolárov a automobil potrebuje tisíc takýchto batérií. Ukazuje sa, že Toyote sa podarilo náklady výrazne znížiť, pretože plánuje uviesť toto riešenie na trh v najbližších rokoch.
Druhým problémom je nízka odolnosť voči nízkym teplotám a tretím problémom je strata kapacity v dôsledku tvorby dendritov. Počas nabíjania majú pevné elektrolytické batérie tendenciu na anóde vytvárať štruktúry pripomínajúce ihly. Postupom času sa dendrity zväčšujú a poškodzujú batérie. Tento problém však vedci už vyriešili.
Na vývoji batérií s pevným elektrolytom pracuje mnoho výskumných centier a spoločností nielen z automobilového, ale aj technologického priemyslu. Analytici odhadujú, že nový typ batérií ovládne trh za necelých päť rokov. Súčasne sa však aj používané lítium-iónové batérie s tekutým alebo gélovým elektrolytom stávajú lacnejšie a efektívnejšie. Od roku 2010 do roku 2020 klesli ich ceny o 88 %.
