Új akkumulátorok az elején

Új akkumulátorok az elején

A Kínában eladott új autók harmadában már van csatlakozó, vagyis tisztán elektromos vagy hibrid változatok. A trend meredeken emelkedik. Európában minden politikai erőfeszítést megtesznek az elektromos autók piacra juttatása érdekében; belső égésű motorok számítanak. Annak ellenére, hogy az elektromos autók lényegesen kevesebb alkatrészből állnak, vannak kulcsfontosságú megkülönböztető jellemzők. Míg a belsőégésű motoroknál az volt a kérdés, hogy dízel vagy benzin, addig az elektromos járműveknél az, hogy melyik akkumulátor technológia van a törzsben. Jelenleg a lítium-ion akkumulátor dominál. De más technológiák is megpróbálnak részt venni, különösen a nátrium-ion akkumulátorok és a lítium-vas-foszfát akkumulátorok. Ahogy az lenni szokott, jelenleg nincs olyan akkumulátor technológia, amely mindenre képes: nagy energiasűrűség, nagy töltőáram, nagy ciklusstabilitás, égésgátló, és mindezt a legalacsonyabb áron, 100 százalékos újrahasznosítási aránnyal és könnyen hozzáférhető alapanyagokkal. Ha mindezt egyetlen technológiában egyesítenék, az e-mobilitásnak már nem lennének kritikusai. De tény: minden akkumulátortechnológiának megvannak a maga előnyei és hátrányai. Ezeket gondosan mérlegelni kell, hogy az adott alkalmazáshoz a legjobb technológiát lehessen kiválasztani. Az elektromos autókban azonban masszívan egymásnak ellentmondó célok vannak: egyrészt a hatótáv a lehető leghosszabb legyen, de az autó olcsó legyen a tömegek számára. Mától ez nem lehetséges! De ha a célokat egyik vagy másik irányba tolja, az alternatív akkumulátortechnológiák már izgalmas előnyöket kínálhatnak.

Egy ökölszabály: minél nagyobb az akkumulátor, annál nagyobb a hatótávolsága. De még: minél magasabb az ár. Miért van jelenleg a lítium-ion akkumulátor ilyen domináns pozícióban? Marcus Jahn kutatót, az Osztrák Technológiai Intézet (AIT) akkumulátortechnológiai kompetencia részlegének vezetőjét és a különféle akkumulátortechnológiák igazi szakértőjét kérdezzük. "A jelenleg alkalmazott lítium-ion technológiát az 1990-es évek eleje óta ismerjük. Mostanra azonban lényegesen erősebbé tudtuk tenni a cellákat. Ennek ellenére már a fizikai határ közelében üzemelünk ezzel az akkumulátortípussal. Itt már nem számíthatunk jelentős ugrásokra." A lítium-ion akkumulátoroknak van néhány tagadhatatlan előnye: nagy teljesítménysűrűséget kínálnak, szilárd, körülbelül 1000 töltési ciklusig tartó élettartamuk van, és meglehetősen biztonságos az építésük. Hátránya: az alacsony hőmérséklet nem a barátod, az újrahasznosítás jelenleg még mindig nagyon drága – mivel bonyolult –, és mindenekelőtt olyan ritka anyagokat használnak, mint a nikkel, a mangán és a kobalt. Arról nem is beszélve, hogy a lítiumbányászat nagyon szennyező, és a legtöbb lelőhely Dél-Amerikában és Ausztráliában ismert, ami szintén „geopolitikai függőséget” nyit – Jahn kutató ezt nem írja le.

Ha olcsóbb lesz az akkumulátor, olcsóbb lesz az egész elektromos autó. Ezért intenzív kutatások folynak az alternatívákról. Jelenleg két technológia létezik, amely – bizonyos szempontból – felveheti a versenyt a lítium-ion akkumulátorral: a lítium-vas-foszfát akkumulátor (röviden LFP) vagy a nátrium-ion akkumulátorok. Mindkét változatnak vannak sajátos előnyei és hátrányai. A Ford egyes modellekben már LFP akkumulátort használ, mert a gyártó szerint ez 15 százalék körüli árelőnyt kínál. További előnyök: Nagy ciklusstabilitás, kevésbé érzékeny a hőmérsékletre, nem igényel ritka nyersanyagokat és szinte 100 százalékban újrahasznosítható, csak az elektrolitot kell ártalmatlanítani. Ez azt jelenti, hogy az LFP akkumulátorok megfizethetőbbé tehetik az elektromos autók indítását. Hátránya: Az energiasűrűség kisebb, így több cella szükséges ugyanarra a tartományra, mint egy lítium-ion akkumulátor esetén. Ez ismét növelné a súlyt – és az árat is. Ha azonban ezt a technológiát olyan járművekben alkalmazzák, amelyeknek nem kell elérniük a maximális hatótávot, az egyértelmű költség- és környezetvédelmi előnyt kínál. Marcus Jahn kutató az energiasűrűség különbségét 20 százalék körülire teszi. „Itt nem az a cél, hogy a lítium-ion akkumulátort 1:1 arányban lecseréljük az LFP akkumulátorra, sokkal inkább a technológia lehet költséghatékony alternatíva, ha helyesen használják, ha a rendeltetést ennek megfelelően választják meg” – mondja a kutató.

A nátrium-ion akkumulátorok jelenleg hírnevet szereznek Kínában, és egyre népszerűbbek. Az AIT kutatója, Marcus Jahn is tanúsíthatja a cellák igen pozitív tulajdonságait: "A nátrium-ion akkumulátort körülbelül hét éve kutatják intenzíven. A technológiát eredetileg helyhez kötött üzemre szánták, mert vonzó kilowattóránkénti költségeket tesz lehetővé. Egyéb előnyök: A nátrium világszerte könnyen elérhető, ami csökkenti a költségeket. Ráadásul a cellák pontosan ugyanúgy gyárthatók, mint a lítium-akkumulátorok, csak a lítium. nátrium helyettesíti." De egyrészt ehhez a cellához a lítiumon kívül ritka nyersanyagokra van szükség, és nem integrálható lítiummal ugyanabban az újrahasznosítási folyamatban. De a ragadási pont más: kisebb az energiasűrűség, körülbelül negyede hiányzik a lítium cellából. Eszköz: Az árelőnyt ismét a választék rovására vásárolják meg. Marcus Jahn akkumulátorkutató azonban megpróbálja megmagyarázni, miért van még potenciál ebben a technológiában: "Nem szabad megfeledkeznünk arról, hogy az elektromos autók iránti kereslet most és a jövőben is jelentősen növekedni fog. Tehát gyorsan sok akkumulátorra van szüksége, és nem minden elektromosautó-felhasználónak van szüksége 700 kilométeres hatótávra. Itt a nátrium-ion akkumulátor jó kompromisszum lehet a hatótáv, a rendelkezésre állás és az ár között." Interjúnk végén megkérdeztük a kutatót, hogy milyen típusú akkumulátort használunk középtávon, a következő öt évben. A válasz: "Addig a lítium-ion típus dominál." De hogy mi következik, az még nyitott kérdés a kutatás jelenlegi állása alapján.

Lítium-ion

+ nagy energiasűrűség

+ szilárd ciklusstabilitás

+ alaposan kutatott

- drága

– erőforrásigényes termelés

– komplex újrahasznosítás

Lítium-vas-foszfát

+ olcsóbb

+ nagyon magas ciklusstabilitás

+ kevésbé érzékeny a hőmérsékletre

– alacsonyabb energiasűrűség

Nátrium ionok

+ A nátrium bőséges és könnyen beszerezhető

+ ezért olcsóbb

+ Lítium-ion gyártósorokon gyártható

– alacsonyabb energiasűrűség

– lítiumig, amelynek előállítása hasonlóan erőforrás-igényes

– komplex újrahasznosítás