Energetická hustota a srovnání elektromobilu se spalovákem

Elektromobil potřebuje ke svému provozu zdroj energie, to je asi každému jasné. Tímto zdrojem je trakční akumulátor, který je s ohledem na jeho hmotnost umístěn co nejníže. Typicky má půdorysný tvar obdélníku a je vysoký 10 až 20 centimetrů. Zastavět něco takového do vozidla není jednoduché a vyžaduje to jisté kompromisy. I to je důvodem, proč zatím máme jen velmi málo čistě elektrických kombíků. Za to se automobilky mohou přetrhnout, aby nám nabídly elektrická SUV, kde se akumulátor v podlaze vozidla tak nějak lépe ztratí a neomezuje tolik prostor pro posádku.

Elektrická auta nemají dnes problém najet na jedno nabití akumulátoru i 400 kilometrů, v případech těch s opravdu velkými bateriemi se bavíme o hodnotě 500 až 600 kilometrů. Jenže to už se dostáváme k velikosti a hmotnosti celého zdroje energie, který si s sebou elektromobil vozí. Úzce to souvisí s energetickou hustotou, která popravdě u baterií zatím není příliš velká.

Také čtěte

3 min. čtení

Scania končí s výrobou vlastních autobusů

5. 4. 2024 Jiří Lacina Tipy a rady

Problém energetické hustoty

Energetická hustota je definována jako množství energie uložené v jednotce hmotnosti daného paliva, případně jako množství energie uložené v jednotce objemu paliva. Vezměme to nejlépe na konkrétním příkladu:

• LiFePO4 akumulátor (používá je například Tesla) má energetickou hustotu 330 Wh/l (watthodiny na litr).
• Li-ion akumulátor (dnes asi v elektromobilech nejrozšířenější) má energetickou hustotu 270 Wh/l.
• Nejmodernější baterie, které slibuje CATL, mají mít energetickou hustotu kolem 500 Wh/l.
• Benzín má energetickou hustotu 8600 Wh/l.
• Nafta má energetickou hustotu 9780 Wh/l.

Jak je vidět, v litrovém objemu akumulátoru je nepoměrně méně energie, než v litru konvenčního paliva. Abychom byli fér, musíme si říct něco o efektivitě motorů. Zde totiž má výrazně navrch elektromotor. Jeho efektivita při přeměně energie z baterie na mechanickou práci je zhruba 90 %. To je naprosto excelentní hodnota. Spalováky se totiž pohybují výrazně níže, a to obvykle kolem 30 %.

Pojďme si tedy porovnat moderní elektromobil s běžným benzínovým autem:

• Akumulátor Tesly Model 3 má rozměry 217 x 147 x 10 cm. Pomineme obal a chlazení, budeme počítat s tím, celý tento objem je energeticky efektivní. Objem akumulátoru je tedy 319 litrů.
• Bude-li to LiFePO4 akumulátor, pak jsme do tohoto objemu schopni narvat zhruba 105 kWh elektrické energie. Elektromotor má efektivitu zmíněných 90 %, což znamená, že použitelné energie máme 94,5 kWh, nepočítáme buffer. Při spotřebě 15 kWh/100 km, což je velmi reálná hodnota, dojedeme s takovým autem 630 kilometrů daleko.
• Pakliže bychom do stejného objemu uložili benzín, budeme mít nádrž o objemu 319 litrů. Energie bude v plné nádrži ukryto 2 743 kWh. Při efektivitě spalovacího motoru, což je 30 %, jsme na 823 kWh, tedy pořád jsme na víc jak trojnásobku toho, co s LiFePO4 baterií. Co se týče dojezdu, můžete si sami spočítat, jak daleko byste dojeli na 319 litrů paliva. I s poměrně neefektivním autem, které spotřebuje 7 litrů na 100 kilometrů jízdy, by se na takové množství benzínu dalo urazit 4 557 kilometrů, tedy 7,2krát dále, než s velmi efektivní Teslou.

Co si z toho odnést?

Článek nemá za cíl bojovat proti elektromobilitě. Naopak, má to být jakási osvěta a vysvětlení toho, jak moc náročné je, zkonstruovat elektromobil se solidním dojezdem. Konstruktéři krom velké hmotnosti akumulátorů musejí řešit i jejich objem. Auto, které by dojelo na jeden zátah do Chorvatska (oblíbená disciplína českých kritiků elektrických aut), by musela být sedmimetrová limuzína s akumulátorem o půdorysu většího obýváku. Pakliže bychom začali počítat ještě navíc s hmotností, dostali bychom s k tomu, proč nedávají smysl letadla pro dálkové lety, která by byla čistě na baterie.