BMW Formula E Geneva 2019
Bude dnes ve Formule E použita technologie baterií zítřka?
Na okruhu Monteblanco ve Španělsku, za zavřenými dveřmi a mimo tisk, některé z největších závodních týmů na světě zavedly novou generaci elektrických automobilů pro dvoudenní test.
Za každým řidičem zabaleným do laminátu skryl nejpokročilejší baterii na světě. Byl navržen tak, aby běžel vysokou rychlostí na drsných silnicích v příští sezóně Formule E, čtyřletého all-elektrického mistrovství, které již soutěží s Formula 1 jako nejzajímavější motoristický sport.
Elektrická auta nejsou ideální pro závody. Ačkoli jsou čisté, postrádají řev motorů F1 a místo toho zní jako plnoproudá podložka. Nabíjení je také méně snadné než tankování benzínem, aby se jezdci dostali do nových aut uprostřed závodu.
Rušnost elektrických automobilů však vedla největší výrobce automobilů na světě, včetně Renault, Audi a Jaguar, k závodům v nejnáročnějších městech světa, včetně Říma, New Yorku a Berlína. F1 má obrovskou základnu miliard 1,4, ale získal si reputaci za přetížení a ne předjíždění, zatímco formule E se každou sezónu zlepšil a zvýšil své publikum z 65 na milion 200.
Porsche, Mercedes-Benz a Aston Martin chtějí vytvořit nové týmy. Hnací silou těchto úspěchů je technologie baterií, která začala ve formuli 1. Williams, jeden z nejstarších týmů F1, vynalezl systém setrvačníku, který pohltil energii brzdění a přeměnil ji na elektrický tah tím, že katapultoval auta ze zatáček na rovinky. Williams tuto technologii komercializoval, než ji prodal společnosti GKN, britské inženýrské skupině 11 s miliardou dolarů.
S vínem, linguine a pistachio biscotti v italské restauraci v Paříži se skupina politiků a šéfů motoristických sportů, včetně bývalého šéfa Ferrari Jean Todta a evropského komisaře Antonio Tajani, mezitím dohodla na zavedení elektrické verze Formule 1 a stala se Williams pověřeno konstrukcí baterií.
Na prototyp byl šest měsíců a na připravenost na závod byl pouze jeden rok, ale v první sezóně každé auto urazilo vzdálenost větší, než je obvod Země, poháněný bateriemi, které by mohly držet iPhone 13 po celá léta v provozu.
Vylepšení od uvedení na trh ukazují tempo změn. Konstrukce baterie je kompromisem mezi výkonem, dojezdem a protipožární ochranou, ale za čtyři roky se otáčky motoru 137mph Formule E zvýšily na 186mph, zatímco rozsah 17 se na kolech 39 více než zdvojnásobil.
Každý tým smí postavit svůj vlastní motor a převodovku, ale každé auto má identickou baterii, která představuje čtvrtinu hmotnosti vozu Williams navrženého pro první čtyři sezóny. Pak ztratili nabídku na McLarena, který měl dva roky; Technologie se vyvíjí tak rychle, že organizátoři závodů zkrátili smlouvy, které zadávají.
Od dostupnosti energie po ztrátu energie je technologie baterií nekonečným zmatkem v tomto předmětu, ale klíčovou proměnnou je hustota energie: kolik energie mohou výrobci buněk zabalit do omezeného prostoru? Technici pak musí dělat kompromisy mezi rychlostí, se kterou buňky uvolňují energii (vysoká rychlost vybití přispívá k dosažení maximálních maximálních rychlostí) a životností baterie (celkový rozsah). Zdvojnásobte jeden a druhý snížíte na polovinu.
McLaren přesto udělal nemožné tím, že zvýšil oba. Zvýšil počet článků na auto ze 165 na 209 a překročil tak hmotnostní limit, ale také téměř zdvojnásobil energetickou hustotu. Díky tomu je tento sport „rychlejší a plynulejší,“ říká McLaren, „což eliminuje potřebu řidičů měnit auta během závodu“. Jak to vedlo k tak velkému vítězství?
Každá baterie obsahuje směs tekutých kovů, která je výrobci článků neustále optimalizována. Lithium a nikl mají vysokou hustotu energie, ale rychle se zahřívají a mohou explodovat nebo vznítit. Kobalt má pevnou molekulární strukturu, takže baterie lze opakovaně dobíjet, aniž by to ovlivnilo výkon baterií, zatímco mangan udržuje celkovou nízkou teplotu.
Chemické složení baterií Formule E je přísně střeženým technickým tajemstvím, ale jednou z možností je, že McLaren používá koncept obsahující nikl s chemikáliemi 811, v nichž je pro každou část kobaltu a manganu použito osm částí niklu. Vzorce 811 jsou známy, ale jsou považovány za roky vzdálené od komerční produkce. Alternativní vysvětlení je, že McLaren možná přidal průkopnickou složku: hliník.
Hliníkové baterie mají vysokou hustotu energie a rychlé doby nabíjení a nejsou také hořlavé. Nevýhodou je špatná výdrž baterie, ale podle vědců z Stanfordské univerzity může problém vyřešit grafit. Vanadiové baterie mohly teoreticky poskytnout podobné výsledky, ale na vanadu bylo provedeno méně testů.
Naznačují důkazy, že se Formula E změnila na hliník? Williams, který hledá řešení pro McLarenův systém, řekl FIA, že nové baterie mají vysokou úroveň „degradace“, což znamená, že se mohou snažit udržet výkon závod za závodem. To by byl charakteristický znak hliníkové baterie. McLaren říká, že mohou problém vyřešit.
Ať tak či onak, hliník by mohl změnit světový trh baterií a urychlit přechod na elektrická vozidla. V dnešních cenách to stojí 2.287 dolarů za tunu, ve srovnání s 15.235 dolarů za nikl a 83.250 dolarů za kobalt, což je čtvrtina ceny. Je také lehký, palivově úsporný a lze jej spolehlivě získat ze zemí, jako je Kanada a Austrálie, zatímco Cobalt představuje dvě třetiny produkce v Demokratické republice Kongo, jedné z nejvíce chaotických zemí světa.
Motorsport byl vždy „testovacím polem“ pro nové technologie, které budou na dálnicích za dvě desetiletí běžné, říkají závodní šéfové. Další novinkou poháněnou formulí E jsou chladicí trubice baterie, zařízení pro potlačení rušení motoru a brzdy, které fungují jako nabíječky, které odebírají energii z kol a dodávají ji zpět do baterie a získávají další kolo za každé čtyři ujetá kola. Doby nabíjení jsou stále rychlejší: každé auto lze nyní nabít za méně než hodinu.
Pokud je ale hliník neznámým kovem v nových bateriích Formule E, může to být největší dárek sportu pro automobilový trh. "Je úžasné sledovat pokrok, kterého bylo dosaženo za pouhé čtyři roky," řekl Jean Todt. „Zdvojnásobení dojezdu vozu a zvýšení výkonu je fantastický úspěch.“
ISE - září 2019
