HE3DA: chceme vyrábět akumulátory do automobilů a pro solární pole

Dnes jsme tady v rámci Nanodne. Vy v názvu své společnosti ale nemáte žádné nano, naopak v něm máte 3D, čímž zdůrazňujete, že používáte elektrody silné několik milimetrů. Kde se tedy ve Vašich akumulátorech uplatňují nano materiály?

Uvnitř. Uvnitř je všechno nano. Navenek je baterie samozřejmě makro, ale uvnitř je všechno v nano velikostech.

A když uvnitř máte 3D elektrodu, která je silná několik milimetrů?

Ano, ale ty aktivní materiály, to jsou všechno nanočástice. Celá ta směs, díky které to funguje. V baterii jsme spojili makro a nano a to nám dává úžasné možnosti z konstrukčního hlediska. Jsme schopni chladit elektrolytem, vyměnit elektrolyt, mít daleko bezpečnější provoz, menší dilatace. Máme také multifunkční rám, který zprostředkovává distribuci elektronů, sběr elektronů, zároveň je to tělo baterie, rozvod tepla… Ale ta chemie, ta se odehrává v nano velikostech.

1 – Jan Procházka a jeho baterie s oceněním Grand Prix veletrhu For Energo, Foto © TZB-info.cz

Takže máte nějaký pevný rám, který tvoří elektrodu a do něj je vlisovaná speciální nano směs?

Ano. My lisujeme tabletky do rámu a tím pádem nepotřebujeme pojivo. A když tam není pojivo, tak máme daleko nižší vnitřní odpor, zároveň uvolníte cestu pro lithiové ionty a to je hlavní důvod, proč to funguje.

Tedy v baterii není žádné pojivo, naopak je tam více materiálu, který je opravdu nosičem energie?

Správně, nejlepší pojivo je žádné pojivo.

Zmínili jsme silné elektrody. Když je tak zjevné, že vezmeme tlustou elektrodu, nalisujeme do ní nanomateriál a získáme perfektní článek, proč s tím už dávno někdo nepřišel?

Protože i při použití nanomateriálu Vám skoro nikdo v lithiové baterii nenabije elektrodu, která má, dejme tomu, tloušťku vlasu. U dnešních elektrod se jedná o třetinu až pětinu tloušťky vlasu. To je celý důvod. Lidi si ani nedovedou představit, že by mohli někdy nabít elektrodu silnou dva milimetry. Proto tímto směrem ani nejdou a v tom je, myslím, celý problém. Výrobci jsou vázáni na dostupnost tradiční techniky. Žádný baterkář na to nekouká jako chemik a proto na tento princip nikdy nemůže přijít.

Když tradiční výrobci nezvládnou nabít silné elektrody, jak Vy to dokážete?

My jsme použili správně upravené materiály, se správnou strukturou a morfologií. Parametry této struktury, to je naše hlavní know-how a to tady nechci ventilovat.

Na konferencích i v médiích proběhla již řada parametrů Vaší baterie. Když byste měl vybrat 3 hlavní přednosti Vaší technologie oproti konvenčním systémům, které by to byly?

Já myslím, že to je bezpečnost, spolehlivost a levná výroba. A ještě bych tam přidal jeden parametr – baterie je schopná fungovat v potenciostatickém režimu. Vy nastavíte potenciál, třeba od fotovoltaických panelů, který je vyšší nebo nižší, než potenciál baterie a tím kontrolujete, kam tečou lithiové ionty a tím pádem i elektrony. To je potenciostatická kontrola, s pomocí konstantního potenciálu ovládáte celou baterii a ta dýchá jako plíce. To znamená, že jí nedávkujete nějaké množství proudu, neořezáváte napětí, neděláte složité elektronické kontroly. Necháte ji dělat normálně to, co ona sama chce. To radikálním způsobem zmenšuje množství bezpečnostních a ovládacích elektronických prvků, což celý systém zlevňuje. Tím neříkám, že tyto prvky úplně eliminujeme, pořád ještě používáme vypínače, monitoring stavu baterie, měření napětí, ale jinak je to revoluce v ovládání té baterie. To dnešní tenkovrstvé baterie nevydrží. Do baterie nejprve dávkujete určité proudy, a když baterie docílí určitého potenciálu, tak to překlopíte do potenciostatického režimu, kde už se to malými proudy jen „došťouchne“. Ale kdybyste ten potenciál nastavil hned od začátku, tak by baterie musela ze začátku absorbovat velmi vysoké proudy a to žádná z dnešních baterií nevydrží. V tom je naše obří výhoda.

Můžete rozvést ještě další vlastnosti, které jste zmiňoval? Hovořil jste o bezpečnosti…

V naší baterii není nic, co by tálo, měnilo tvar, hořelo, nejsou tam žádné organické látky, pokud vzniknou nějaké bublinky, baterie plynule odbublává. Je tam keramický separátor, to znamená, že když dojde ke zkratu, nehoří. Bezpečnost je oproti dnešním technologiím nesrovnatelně vyšší.

Z čeho vychází nízké výrobní náklady, o kterých jste hovořil?

Nepotřebujeme obří plochy na vysoušení elektrod, tažení elektrod, zbrušování elektrod a skládání nekonečných ploch. Díky tomu, že používáme lisování, jsme zpracováním, výrobou a množstvím operací tak asi na třetině až pětině nákladů výrobců klasických baterií. Takže máme stejné náklady na aktivní materiály, ale množství práce vložené do výroby baterie je enormně nižší.

2 – Technologie HE3DA je patentovaná v řadě zemí světa, včetně USA a Japonska

Když se zmiňuje cena baterií pro energetiku, mluví se řádově o 500 dolarech za 1 kilowatthodinu kapacity.

Ceny jdou hodně dolů s čínskými bateriemi, nicméně do dneška AltairNano prodává někde okolo 1100 dolarů za kilowathodinu, A123 okolo 1000 a když si koupíte něco za 350 dolarů, tak buď tam nemá danou kapacitu, nebo je to podezřelé. Náš technik spočítal, že návratnost naší baterie při skladování energie je po 600–800 cyklech.

Jako „magická hranice“ bývá označována cena 100 dolarů za kilowatthodinu a za hlavní naději v této oblasti jsou považovány baterie od Tesly.

Já myslím, že pokud existuje technologie, která pokoří tu 100dolarovou hranici, tak to bude právě ta naše. Co se týče produkce Tesly, tak ta ještě nikdy nezačala, ta začne za dva roky. Říkat v tuto chvíli, jaká bude cena, je myslím předčasné. V gigatovárně Tesly jsem se byl podívat letos v únoru a už měli část obložení na své hale. Že by výstavba jela nějakou raketovou rychlostí, to mi nepřipadalo, ale nechci z toho dělat nějaké úsudky.

Je pravda, že Elon Musk teď raketově řeší jiné věci. Mám na mysli, když se svou společností Space X posílá rakety Falcon na oběžnou dráhu.

Musk je neuvěřitelný vizionář a on otevřel tyto nové trhy. Musk je downstream (spodní proud) v nových technologiích. On ukazuje, kam se s nimi vůbec můžeme dostat. Milionté překupování nemovitostí nebo investování na burze má sice nějaké standardní ziskové parametry, ale tam se už nikam dál nedostanete. Musí se do nového. Já si ho jako vizionáře velmi vážím. Byť mnoho z jeho věcí je teprve spekulativního charakteru, ale on je schopen jich docílit. Lidi mu svěřují důvěru a chápou ten jeho vzkaz, který je velmi jednoduchý a velmi sdělný.

Nejspíš ano. Řídí první soukromou společnost, které se po dlouhé době povedlo rozjet životaschopnou automobilku a zároveň má soukromou společnost, se kterou chce doletět na Mars.

On boří hranice, to je fenomén Tesla. V automobilovém průmyslu došlo před 10 lety k sortování, z něhož vylezlo 7 nejsilnějších automobilek, ty měly rozdělený trh a myslely si, že to tak půjde na věky. A teď mi ukažte automobilku, která za týden prodá 300 000 vozů. To je prostě fenomén Tesla. A přitom Tesla určitě není finální řešení. Hybrid s elektrickým pohonem mi připadá z hlediska provozu, dojezdu a provozních nákladů jako lepší řešení.

3 – Standardní lithiové články o kapacitě přibližně 10 Wh používané v dnešních velkokapacitních bateriích, pod nimi prototyp článku HE3DA o kapacitě 5–8 kWh

Když se vrátíme k velikosti baterií, jaké budete v budoucnu vyrábět – Vaše baterie by měla být libovolně škálovatelná od malé baterky po veliký článek.

My máme výhodu v mikrobaterkách, kde dokážeme dát na malou plochu dvacetinásobnou kapacitu, to je velká výhoda například pro záložní paměťové obvody.

Když se bavíme o mikrobaterii, tak to mohu připodobnit třeba k baterii do hodinek?

Ne, výrazně menší, třeba 4 milimetry čtvereční a podobně. No a druhá výhoda jsou obří baterky. Dnešní skládání baterií pro elektroniku do obřích celků je z inženýrského hlediska dlouhodobě neúnosná věc. Velká úložiště potřebují velké baterie – vyvinout, správně nadesignovat, nakoncipovat, dát jim přesné vlastnosti, které pak očekáváte od celého zařízení. Malé „baterčičky“ ukazují cestu pro elektroniky, aby si měli s čím hrát a mohli vyvíjet svoje systémy, ale v energetice musí nastoupit pořádná baterie, jejíž články jsou škálovatelné směrem nahoru. Takže ne 3Ah článek, ale třeba 30 000Ah článek. No, a to my umíme.

Na prezentaci v rámci Nanodne jste hovořil o tom, že dokončujete pilotní provoz v Letňanech a pak že plánujete stavět továrnu v Horní Suché. V jaké je to fázi?

Obojí běží simultánně. V Letňanech jsou nainstalované první lisy, zavádí se suchý vzduch, ty jednotky už tam jsou, takže když to dobře půjde, tak už možná v létě pojede zkušební provoz. V Horní Suché to běží také, připravují se budovy, instalují se první zařízení a řekl bych, že se to začne všechno dávat dohromady, až uvidíme, jak poběží malá linka u nás v Letňanech.

Mluvil jste o tom, že Vaše baterie se dá škálovat od milimetrů do opravdu rozměrných článků. Jak veliké baterie plánujete vyrábět jako první?

My chceme dělat 48V baterie s kapacitou okolo 1 kilowatthodiny pro startování nové generace automobilů. Všechno ostatní už bude výrazně větší. Startovací baterie, to je trh, který nám připadá jako okamžitý a je zde poptávka – automobilky už se dnes shodují, že elektronika v autech bude 48V systém. To kvalitativně mění situaci, ten, kdo do toho půjde, ví, že si nespálí prsty, a že je to pouze otázka času. Takže 48V baterie, tam já osobně spatřuji náš cíl. Nerad bojuji konkurenčně na existujících trzích, protože tam platí běžné ekonomické zákony a konkurenční boj a ten já nemám rád. Daleko lepší je přijít s něčím novým, vytvořit nový systém a ten potom – dodatečně – si aplikují ostatní.

Takže Vaši první zákazníci budou automobilky?

Komunikujeme s výrobci autobaterií i s automobilkami. A komunikujeme samozřejmě i se sektorem obnovitelných zdrojů. To, co tady vidíte v malém (hovoří o přenosném demonstračním systému se třemi fotovoltaickými panely, propojovací a meřící elektronikou a HE3DA akumulátorem), tak tam čekáme druhý trh, který je také teď zralý a už je tady.

V rámci portálu TZB-info nás zajímá hlavně využití akumulátoru v budovách. Nyní je spuštěn i dotační program, který zahrnuje akumulátory pro hybridní systémy. Teď jste zmínil, že i tímto směrem se budete ubírat, jak bude v odvětví domácích baterií vypadat Vaše řešení?

Ve všech zařízeních vyrovnávajících frekvenci a v záložních systémech ve velkých budovách pořádná baterka chybí, tam se dá přidat okamžitě. A pro výrobce energie ze solárních elektráren je nepříjemné, když přeběhne mrak a elektrárna nedodává stabilní výkon. Jak je možné vidět na našem ukázkovém systému (viz box a video, poz. red.), baterie si sama vyrovná výkon, můžete se na její provoz spolehnout řekněme 10 hodin. Nejde tolik o dlouhodobé skladování – uskladním a dráž prodám – jako o daleko stabilnější a spolehlivější dodávku energie do sítě z fotovoltaických elektráren. Díky tomu si mohou výrobci nasmlouvat lepší ceny, protože jsou schopni dohodnutý výkon skutečně dodat, i když je pod mrakem.

Foto © TZB-info.cz

Společnost HE3DA pro demonstraci svého řešení sestavila názorný minisystém. Ten obsahuje fotovoltaické panely, baterii HE3DA, spínací a monitorovací elektroniku a trojici led světel, která tvoří odběr. Díky baterii poskytuje celý systém stabilní výstupní napětí a proud, i když se zmenší výkon fotovoltaiky (přijde mrak). Oproti klasickým systémům zde není přítomna žádná elektronika, která by řídila vybíjení a nabíjení baterie (battery management system). Nabíjení a vybíjení baterie se řídí potenciostaticky a probíhá samovolně v závislosti na dodávkách fotovoltaiky a odběru ze sítě. Všechny tři prvky systému (PV, baterie a síť) se doplňují. Viz video výše.

Tímto směrem se tedy bude ubírat Váš systém baterií pro domácnosti…

Naše řešení má být hlavně pro solární pole. V domácnosti je to primárně o uskladnění a taky samozřejmě vyrovnávání energie, ale náš systém je míněn primárně pro gigawatty, které jsou postaveny na polích.

Takže spíš než byste vyráběl malou baterii, která se dá někam do garáže k rodinnému domku, tak to bude nějaký kontejner k fotovoltaickému poli?

Určitě preferujeme kontejnery, tam míříme, tam máme konkurenční výhodu. Domácí baterii na zeď asi budeme muset dělat, ale tam já nevidím úplně ten smysl, jak využít naší technologii. U nás platí, čím větší, tím lepší.

5 – Vlevo prototyp článku HE3DA o kapacitě 100 Wh, vpravo nejstarší prototyp s kapacitou 1 kWh, Foto © TZB-info.cz

A co akumulátorová kapacita pro elektromobily? Po té teď značně roste poptávka. Baterie mají být malé, lehké a zároveň mají mít obrovskou kapacitu.

Tomu se chceme hodně věnovat příští rok a chtěli bychom přijít s něčím úplně novým. Chceme mít nabíjení do půl hodiny. Teď zkracujeme dobíjecí doby a koncipujeme to tak, že když přijede vozidlo ke stojanu, aby mohlo do té půlhodiny odjet. A nebo po čtvrthodině s 75% nabitím.

O jaké kapacitě se teď bavíme?

Od 10 kilowatthodin výš.

Tesla má ve svých autech akumulátor 75 kWh a mluví se už o 100kWh baterii. Toto byste taky vyráběli?

Ano, my to budeme dělat, ale určitě ne příští rok. Příští rok bude probíhat vývoj. Nám to zatím funguje dobře na úrovni malých modulů a budeme to postupně přenášet do většího. 70 kilowatthodin, to už je velký prototyp, to chvíli trvá. Budeme na tom dělat.