Pięta Achillesowa – akumulatory


18-10-2021 21:04:48

Pojazdy elektryczne (EV) stają się coraz bardziej powszechne. Według Jato Dynamics, brytyjskiej firmy konsultingowej, w pierwszym kwartale 2021 r. sprzedano ich ok. 750 tys.

Jato szacuje, że samochody elektryczne stanowią obecnie nieco ponad 4% sprzedaży nowych samochodów, w porównaniu z 2% w tym samym kwartale ubiegłego roku. Jednak wielu potencjalnych nabywców wciąż cierpi z powodu „lęku o zasięg”, obawy przed koniecznością przerwania długiej podróży, na ładowanie akumulatora pojazdu. Dobrą wiadomością jest to, że czas potrzebny na to zostanie skrócony.

Większość pojazdów elektrycznych działa pod napięciem 400 V. Jednak wielu producentów i dostawców komponentów przygotowuje się obecnie do wprowadzenia systemów napędowych 800V. Wyższe napięcia dostarczają taką samą ilość energii przy mniejszym natężeniu prądu, co oznacza, że ​​kable elektryczne mogą być lżejsze – w konsekwencji redukcja masy pomaga zwiększyć zasięg pojazdu. Ponieważ większość okablowania jest wykonana z miedzi, której cena stale rośnie, powinno to również zmniejszyć koszty producentów samochodów, a prawdopodobnie też ich ceny.

Szybsze ładowanie

Jednak kierowcy najprawdopodobniej zauważą, że pojazdy z układami napędowymi 800 V będą mogły w większym stopniu korzystać z niektórych najnowszych szybkich ładowarek. Na przykład Ionity, niemiecka firma wspierana przez wielu producentów samochodów, buduje w całej Europie sieć szybkich ładowarek o mocy 350 kW. Optymalizują one automatycznie prędkość ładowania do maksimum, jaką może zaakceptować pojazd. Korzystając z jednej z nich, pojazd z systemem 800 V będzie ładować się ok. 2 razy szybciej niż podobny z systemem 400 V.

Szybkie ładowarki są również bardziej wydajne. Wszystkie te urządzenia pobierają energię elektryczną z sieci, która wykorzystuje prąd zmienny (AC). Kiedy pojazd elektryczny jest podłączony do standardowego punktu ładowania, jego systemy konwertują prąd przemienny na prąd stały (DC), którego bateria potrzebuje do magazynowania energii elektrycznej. Szybkie ładowarki omijają konwerter pojazdu, używając własnych, mocniejszych elementów zestawu do dostarczania prądu stałego bezpośrednio do akumulatora.

Pierwszym pojazdem z napędem 800 V był Porsche Taycan, luksusowy sportowy sedan. Został on wprowadzony na rynek w 2019 r. Według Porsche, dzięki zastosowaniu szybkiej ładowarki ogromny akumulator o pojemności 93 kWh Taycana może zgromadzić w nieco ponad 5 minut wystarczającą ilość energii, aby samochód mógł przejechać 100 km.

Dwóch południowokoreańskich producentów, Hyundai i jego partner Kia, wprowadziło w tym roku na rynek swoje pierwsze pojazdy 800 V. Kia twierdzi, że akumulator o pojemności 77 kWh w samochodzie EV6, ​​który trafił do sprzedaży 2 sierpnia, można naładować od 10% do 80% w 18 minut. (Aby zapobiec uszkodzeniu akumulatora, w większości pojazdów elektrycznych ostatnie 20% pojemności  jest ładowane wolniej. W związku z tym pełne ładowanie odbywa się zwykle w nocy za pomocą standardowej ładowarki).  Inne firmy opracowują także pojazdy z systemem 800 V. Należą do nich General Motors, Volvo, BYD i Stellantis.

Zamiana baterii pojazdu z systemu 400 V na 800 V jest dość prosta. Zasadniczo obejmuje to szeregowe okablowanie większej liczby ogniw baterii. Ale powiązana z nią elektronika wymaga dodatkowego przeprojektowania. Głównym powodem, dla którego obecna generacja pojazdów elektrycznych używa napięcia 400 V jest to, że półprzewodniki potrzebne do obsługi wyższych napięć nie były łatwo dostępne. Jednak teraz, gdy sprzedaż pojazdów elektrycznych szybko rośnie, wyspecjalizowani producenci chipów inwestują w półprzewodniki, które mogą działać pod napięciem 800 V. Zamiast używać tranzystorów wykonanych z czystego krzemu, te stosowane w tych chipach są wykonane z węglika krzemu, który jest bardziej wytrzymały. Modernizacji wymagają również systemy bezpieczeństwa w pojazdach, takie jak automatyczne wyłączniki, które izolują akumulator w razie wypadku.

Oznacza to, że w miarę jak na rynku pojawia się coraz więcej pojazdów elektrycznych o napięciu 800 V, a akumulatory stale się poprawiają wraz ze zwiększoną pojemnością, coraz więcej kierowców będzie prawdopodobnie przekonanych do przejścia na napęd elektryczny. Wiele jednak będzie zależeć od dostępności infrastruktury szybkiego ładowania. Jeśli stacje są łatwe do odnalezienia, a doładowanie baterii zajmuje tylko tyle czasu, ile potrzeba do wypicia kawy, to „lęk o zasięg” w końcu ustąpi.

Chińczycy stają do wyścigu

W 2017 r. firma, założona zaledwie 6 lat wcześniej jako Contemporary Amperex Innovation Ltd. (CATL), z trzeciego co do wielkości producenta akumulatorów na świecie stała się największą na globie. Osiągnęła cenę rynkową 1,3 bln juanów (200 mld dol.), większą niż drugi, trzeci i czwarty producent – ​​południowokoreańska LG Chem, japońska Panasonic i chińska  BYD. Obecnie rosnąca cena akcji sprawiła, że jej 53-letni twórca, Zeng Yuqun, stał się bogatszy od Jacka Ma znanego chińskiego barona technologicznego.

W przyszłości świat usłyszy znacznie więcej o CATL. Wynika to z faktu, że jednym z powodów jej wysokiej oceny jest to, że wyjdzie ona poza Chiny kontynentalne, największy rynek pojazdów elektrycznych na świecie, który odpowiada za około połowę sprzedaży akumulatorów litowo-jonowych do Europy, Indonezji, a być może nawet Ameryki. Jej sukces jest znacznie większy niż jej międzynarodowych konkurentów. Innowacje CATL okazały się być co najmniej tak doskonałe, jak jej odpowiedników, zapewniając wpływ na  konkurencję i znaczący wkład w transformację czystej energii na całym świecie. Jest to również to, co firmy konsultingowe ds. baterii, nazywają „dzieckiem marzeń” chińskiego kompleksu rządowo-przemysłowego.

Szef CATL Z. Yuqun rozwinął swą firmę Ningde, w subtropikalnym mieście, lepiej znanym z herbaty niż z technologii, w prowincji Fujian. Jednak od dawna ma wysokie aspiracje. W 1999 r. założył firmę Amperex Innovation Ltd (ATL), producenta baterii litowo-jonowych do przenośnych gadżetów, którą w 2005 r. zaoferował japońskiej firmie TDK. Wśród jego wielkich klientów był Apple, producent iPhone'a.

Widząc perspektywy akumulatorów pojazdów elektrycznych, które Chiny chciały rozwinąć w rynek taktyczny, Zeng doprowadził w 2011 r. do oddzielenia od ATL, zrywając związek z Japończykami - być może po to, by zadowolić chińskie władze. W 2018 r. w CATL pewną część bezpośredniej i pośredniej własności miało państwo. Co ważniejsze, miała ona wsparcie rządu federalnego. Przez wiele lat Chiny faworyzowały lokalnie produkowane akumulatory do samochodów elektrycznych i autobusów, konkurując z rywalami z Korei Południowej, takimi jak LG Chem i Samsung SDI. Najwięcej na tym skorzystał CATL. Z tego powodu liczni konkurujący ze sobą producenci samochodów w Chinach - składający się też z firm takich jak Tesla i BMW -polegali raczej na akumulatorach Z. Yuqun.

Niemniej jednak nierozsądne jest przypisywanie sukcesu CATL tylko finansowemu nacjonalizmowi. CATL w 2019 r. szybko przeskoczył swoich południowokoreańskich konkurentów w produkcji najnowszych akumulatorów o wysokiej zawartości niklu, działających dłużej niż tańsze litowo-niklowe, te z fosforanem żelaza, które w rzeczywistości były podstawowym produktem w Chinach. Chińscy producenci samochodów są śmielsi niż ich zachodni odpowiednicy (oprócz Tesli) w przyjmowaniu pomysłowej chemii, co zapewnia CATL większą swobodę eksperymentowania. Dostaje również więcej za swoje inwestycje finansowe w Chinach niż konkurenci gdzie indziej i ma bardziej dostępną siłę roboczą, co sprawia, że ​​jej marże operacyjne, na poziomie 15%, są najlepsze w biznesie. Wysokie dochody oferują więcej pieniędzy na finansowanie wzrostu. Eksperci przewidują, że do 2025 r. osiągnie ona około czterokrotny wzrost do 500 GWh rocznie. Tylko Elon Musk wyznacza sobie bardziej ambitne cele.

Większość wzrostu CATL będzie miała miejsce w Chinach, gdzie ma rozwijającą się firmę eksportową. Przewiduje się jednak, że do końca tego roku rozpocznie produkcję w swojej pierwszej zagranicznej fabryce o mocy 14 GWh w Erfurcie w Niemczech, skąd będzie zaopatrywała m. in.: BMW, Volkswagen i Daimler. Jej przeniesienie za granicę wydaje się być inspirowane chęcią utrzymania zarządzania rynkiem, ponieważ sprzedaż pojazdów elektrycznych poza Chinami przyspiesza. Tym bardziej, że jej południowokoreańscy i japońscy konkurenci mają lepszą międzynarodową  pozycję. Niektórzy eksperci uważają, że ta kolejna akcja CATL spodoba się Ameryce.

Istnieją obawy

Obecnie na Zachodzie istnieją obawy, że sukces CATL w Chinach pozwoli jej na sprzedawanie tańszych produktów za granicą, podobnie jak subsydiowane przez Chiny panele fotowoltaiczne opanowały świat w 2010 r. Ponadto, coraz częściej mówi się o zaawansowanych bateriach, jak i półprzewodnikach, w kontekście wyścigu zbrojeń. Europa i Ameryka stosują ogromne zachęty do produkcji baterii i  łańcuchów dostaw, aby wyprzedzić Chiny, ponieważ widzą  zbytnią zależność od chińskiego dostawcy.

W rezultacie CATL będzie musiała być kreatywna. Obecnie ma ona więcej sojuszy z międzynarodowymi producentami samochodów niż jakakolwiek inna firma produkująca akumulatory; budowanie fabryk w pobliżu tych producentów na całym świecie przyniosłoby jej pomoc polityczną. Będzie to wymagało przeciwdziałania geopolitycznemu strachowi spowodowanemu ekspansją niedrogich baterii, zarówno dla pojazdów elektrycznych, jak i sieci czystej energii, oraz w walce przeciwko degradacji środowiska.

Maciej Kamyk

Komentuje Waldemar Rukść

eNOT.pl - Portal Naczelnej Organizacji Technicznej | eNOT.pl