Szilárdtest akkumulátorok

Az elektromos járműveket évek óta lítiumion-akkumulátorokkal működtetik, amelyek hasonlóak a laptopokban, mobiltelefonokban és más fogyasztói elektronikai eszközökben használt akkumulátorokhoz. Ezek folyadék elektrolitból állnak, ami nehézzé teszi őket és instabillá magas hőmérsékleten. Mivel egyetlen akkumulátorcsomag sem képes nagyon sok energiát szolgáltatni egyedül, többet kell összekötni sorosan, modulokba és pakkokba, ami további súlygyarapodáshoz vezet. Az akkumulátor csomag tervezési, gyártási és beépítési költsége jelentős részét teszik ki az elektromos jármű árának.

Rég tudjuk, hogy az elektromos járművek hatékonyságának növelése érdekében új akkumulátortechnológiákra van/volna szükség. Az akkumulátorok hatékonyságának javítására többféle potenciális megoldás ismert, ezek közül mostanában a szilárdtest-akkumulátorokról szóló hírek uralják ezt a témakört. A jelenleg uralkodó vélemények szerint két kulcsfontosságú változásra van szükség ahhoz, hogy javítsunk az akkumulátorok kapacitását és töltési sebességét: egyik az anód anyagának változtatása, a másik pedig a szilárd elektrolit használata. Az anódok jellemzően grafitból készülnek, amely nem az ideális anyag, azonban eddig más alternatívák használata technikailag nehézkesnek bizonyult.

A másik megközelítés szilárdtest akkumulátor tervezése, ahol a gyúlékony folyékony elektrolitot szilárd szilícium alapú elektrolit váltja fel, ami kevesebb helyet foglal el, és nem gyúlékony. Ez azt is jelenti, hogy a grafit anódot potenciálisan lítiumfém anódra cserélhetik, ami tovább növeli a kapacitást és felgyorsítja a töltési folyamatot. Azonban a lítiumfém anódok használata az akkumulátorok meglévő formátumához történő alkalmazkodás miatt jelenleg nehézkes, mert az anód és elektrolit reakciók miatt történő hőfejlődés és elektrokémiai reakciók, valamint a töltési és kisütési ciklusok során képződő dendritek (a lítium felületén növekedő kristályok) miatti rövidzárlatok még egyelőre nem teszik üzembiztossá a technológiát. Az alternatívák azonban jól ismertek, és több vállalat is azt állítja, hogy közel áll a forradalmi áttöréshez. Való igaz, az új akkumulátortechnológiák fejlesztése már évtizedek óta folyamatban van és a Toyota és a Volkswagen is azt állítja, hogy közel vannak az életképes szilárdtest-akkumulátorok gyártásához.

A szilárdtest-akkumulátorok már léteznek, csak sokkal kisebb eszközökben, mint például okosórákban, pacemakerekben és RFID címkékben (rádiófrekvenciás adattároló és kommunikációs egység). Az akadály az, hogy drágák és nehéz őket nagyobb méretben tömegesen előállítani – egyelőre.

Miért lennének jók a szilárdtest akkumulátorok az elektromos járművekhez?

Első érv, hogy kevesebb helyet foglalnak és nem gyúlékonyak, a második érv pedig, hogy egy szilíciumalapú anyag növelheti a töltési sebességet és a kapacitást (akár kétszeres-tízszeres mértékűre is), ami azt jelenti, hogy a hatótávolság jelentősen javítható - ha az akkumulátorfejlesztők megtalálják az utat a tömeggyártásba.

Növelnék-e a szilárdtest-akkumulátorok a hatótávolságot?

A jelenlegi lítiumion akkumulátorok hatótávolsága a jármű típusától, méretétől és akkumulátorának kapacitásától függ, általában pedig 200 és 500 km között mozog egy feltöltéssel, azonban egyes modellek akár 600-700 km-t is képesek megtenni egy feltöltéssel. A szilárdtest akkumulátorok azonban ígéretesek lehetnek a hatótávolság szempontjából, mivel nagyobb energiatárolási sűrűséggel rendelkeznek és hosszabb élettartamuk van, mint a hagyományos lítiumion akkumulátoroknak. Azonban az autó hatótávolsága nem csak az akkumulátor technológiájától függ. Az autó tömege, aerodinamikája, az abroncsok ellenállása és más tényezők is befolyásolják a hatótávolságot. Ezért nem lehet egyértelműen megmondani, hogy melyik technológia milyen hatótávolságot tud elérni egy adott autóban.

Azonban a szilárdtest akkumulátorok nem csak az autóiparban lehetnek hasznosak. Az általános célú elektronikai eszközökben is felhasználhatók lehetnek, amelyek használati ideje megnövekedhet és a teljesítményük javulhat. Ha tartósabb akkumulátorok állnak rendelkezésre, a hosszabb élettartam és a nagyobb energiatárolási sűrűség lehetővé tehetik, hogy a fogyasztók kevesebb energiát vegyenek fel a villamoshálózatról, amikor az áramot igénylő berendezéseik működnek. Ez segíthet csökkenteni a hálózati terhelést a csúcsidőszakokban, amikor az áramfogyasztás magasabb, és csökkentheti a hálózati rendszer túlterheltségének kockázatát is.

A szilárdtest akkumulátorok lehetővé teszik az elektromos járművek hűtőrendszereinek egyszerűsítését, és az összsúly csökkenését is. Mind a Honda, mind a BMW rohamléptekkel szeretne haladni a tömeggyártásra alkalmas szilárdtest-akkumulátortechnológia megvalósítása felé.

Láthatjuk, hogy a szilárdtest-akkumulátorokat mostanság az elektromos autók széleskörű elterjedésének kulcsaként tartják számon, mivel az energia sűrűbb tárolása jelentősen megnövelheti a hatótávolságot, így alkalmasabbá téve azokat hosszú távú utazásokra is. A gyártók azt remélik, hogy kutatásaik eredményeként az akkumulátorok költségei csökkenni fognak, és versenyképesek lesznek a belső égésű motorokkal szemben is.