Centrum pro výrobu akumulátorových článků BMW – Péče o vlastní sdrce

BMW nás nechalo nahlédnout pod pokličku toho, jak vyvíjí své bateriové články a jak přistupuje k jejich výrobě a současně i jejich recyklaci. Navštívili jsme jedno z kompetenčních center společnosti, kde byla právě zahájena „výroba“ nového druhu cylindrických článků.

Automobil vždy byl a vždy bude komplexním výrobkem, jehož výsledná kvalita závisí na sladění všech jeho součástí. Nicméně i tak v automobilech existuje něco, čemu se, možná poněkud neprávem, říká srdce – v posledních více než sto letech jím byl motor s vnitřním spalováním. S příchodem elektrických vozů jsou ale tímto srdcem spíše akumulátory, na nichž závisí, jakým výkonem a po jakou dobu se budou točit rotory motorů. Možná jsme teď blíže anatomii lidského těla, kdy akumulátor je oním srdcem pumpujícím energii, zatímco elektromotory jsou svaly, které ji přeměňují na práci.

Foto: BMW

Protože jsou akumulátory alfou a omegou elektrického vozu, jsou právě ony tím, co nejvíce omezuje použitelnost vozidel. Na zlepšování jejich energetické hustoty, rychlosti nabíjení či ekologické zátěže se pracuje od počátku, kdy byl akumulátor s dvojicí elektrod spojených elektrolytem vymyšlen, nicméně až v posledních dvou desetiletích tento vývoj akceleroval.

Lídrem ve výrobě akumulátorů se stala Čína, která má současně majoritní podíl na těžbě surovin potřebných pro jejich výrobu a zpracování. Avšak situace není tak jednoduchá, že čínští producenti vyrábí nějaké akumulátorové články, jež evropští a další výrobci automobilů do svých vozů instalují. Na příkladu BMW je zřejmé, že automobilky chtějí mít v této oblasti nad situací kontrolu.

V roce 2019 BMW v Mnichově otevřelo vlastní kompetenční centrum akumulátorových článků (viz AR 1/’20), zde si míchají vlastní složení elektrod, v malém rozsahu je zde i vyrábějí a následně testují. Výsledky z tohoto centra jsou základem pro tzv. chemii článků, stejně jako pro jejich rozměry.

Odtud získané poznatky putují do loni na podzim nově otevřeného kompetenčního centra na výrobu akumulátorových článků u obce Parsdorf východně od Mnichova. Ve zdejším centru, vystavěném nákladem 170 milionů eur, je instalována takřka kompletní standardní výrobní linka akumulátorových článků, na níž si BMW ověřuje jejich vyrobitelnost. Roční kapacita zdejší linky činí 0,94 GWh ročně. Automobilka zde může analyzovat a pochopit celý proces výroby, a tím přesně specifikovat své požadavky dodavatelům, kteří zajistí následnou velkosériovou produkci – na podobných linkách, jen ve větším rozsahu. Pro BMW to znamená lepší kontrolu nad všemi aspekty vývoje a výroby akumulátorových článků a v neposlední řadě také úsporu nákladů, jelikož přesně ví, co je k výrobě třeba, a tím dokáže reálně odhadnout skutečné náklady.

Významnou roli v novém centru má recyklace a celkově hospodaření se surovinami. Právě získané zkušenosti při opětovném používání zbytků z výroby článků jsou dalším přínosem tohoto centra. Zdejší samostatné oddělení navíc vyhodnocuje možnosti opětovného použití různých typů materiálů pro nejrůznější aplikace ve vozech. Stejně jako v jiných lokacích výrobce, i zde se při návrhu budovy dbalo na energetickou efektivitu, celé centrum funguje zcela bez fosilních zdrojů a používá obnovitelné zdroje energie, včetně té z vlastního fotovoltaického systému na střeše.

Během návštěvy centra v Parsdorfu jsme měli nejen možnost sledovat výrobu nových cylindrických článků, ale také si s Milanem Nedeljkovićem, členem představenstva BMW Group odpovědným za výrobu, krátce popovídat o budoucnosti akumulátorů. Jedním z témat byl samozřejmě jejich vývoj, jenž bude pro rozvoj elektromobility zásadní. BMW u svých budoucích modelů Neue Klasse přejde z prizmatických na cylindrické akumulátorové články, jež nebudu rozdělené do modulů. Touto změnou spolu s upravenou chemií (na katodách se například na úkor kobaltu zvýší podíl niklu, na anodách se naopak bude používat více křemíku) se zvýší energetická hustota až o 30 % (dvě třetiny z toho připadají na novou chemii). Tyto změny jdou ruku v ruce se zavedením 800V systému, jenž umožní především větší nabíjecí výkony, a tudíž zkrácení času nabíjení o přibližně 30 %.

Foto: BMW

Řeč přišla také na akumulátory s pevným elektrolytem. Dozvěděli jsme se, že již existují, mají velmi dobré výsledky a bezpochyby budou v budoucnu jedním z řešení, jež přinese další zlepšení vlastností akumulátorů. Nicméně v současnosti je největší problém s industrializací jejich výroby, a to zejména z důvodu značné tepelné roztažnosti používaného materiálu. Z pohledu člena představenstva BMW tento druh akumulátorů neuvidíme ve skutečně sériové výrobě ještě následujících minimálně pět let. Před nimi se objeví akumulátory s polopevným elektrolytem. Rozhovor se stočil také na téma recyklace, kterou BMW v nově otevřeném centru v Parsdorfu taktéž zkoumá. Cílem je samozřejmě 100 % materiálů z akumulátorů opět použít, což je technicky možné již nyní a současně jde o nákladově a environmentálně efektivnější řešení než těžba nových surovin. Potíž je ale v tom, že ještě není co recyklovat. Akumulátory v současných automobilech se budou používat třeba i 15 let a následně budou stejnou dobu sloužit jako stacionární zásobníky energie. To znamená, že k jejich recyklaci ve větším rozsahu dojde za nějakých 20, ale spíše třicet let.

Návštěva kompetenčního centra na výrobu akumulátorových článků v Parsdorfu nejen že ukázala kompetenci BMW při vývoji článků akumulátorů a jejich výrobě, ale současně přinesla také obecnější pohled na tuto problematiku. Když nic jiného, tak je zřejmé, že nás v oblasti srdcí moderních elektromobilů čeká ještě obrovský vývoj.

Cylindrický článek pro Neue Klasse

Foto: BMWVýroba článků začíná u elektrod. Zde se základní materiál, který se skládá například z grafitu pro anodu a oxidů niklu pro katodu, spolu s pojivy a rozpouštědly dávkuje a míchá v přesně odměřeném poměru. Vzniká tak tzv. suspenze, jež se nejdříve nanáší na v řádech mikrometrů silné kovové fólie a poté se po zaschnutí stlačí – válcuje či kalandruje. Při sestavování článku se potažené fólie, tzv. kalandrované elektrody, spolu se separátorem svinou do „měkkých“ válečků vkládaných do pouzdra článku. Články se naplní elektrolytem, uzavřou a následně otestují. Prvními BMW s tímto typem článků budou modely nové generace elektromobilů Neue Klasse, které budou mít premiéru v roce 2025.

Převzato z časopisu

Fotogalerie