Akkumulátor technológia: a jövő akkumulátorai

A modern elektromos autózás megteremtésében az anyagtechnológia, azon belül is az akkumulátortechnológia fejlődése játszotta és játssza ma is a legnagyobb szerepet. Hogy ezt jobban megértsük, érdemes megismerkedni az energiatárolás fejlődésével.

A sorozat korábbi részeiben a múlt és a jelen akkumulátorainak működésébe kaptunk betekintést:

1. rész: savas ólomakkumulátorok
2. rész: nikkel alapú akkumulátorok
3. rész: lítium alapú akkumulátorok
4. rész: BMS, azaz akkumulátor felügyeleti rendszer
A cikksorozat utolsó részben megnézzük mit tartogat számunkra a jövő akku fronton. Megannyi hír lát napvilágot nálunk és más autós oldalakon hihetetlenül nagy akkukapacitásról, szempillantás alatti feltöltésről és óriási méretcsökkenésről. Aztán sok ezek közül elhal vagy azért, mert eleve nem volt semmi alapja vagy kiderül, hogy mégsem valósítható meg gazdaságosan.

Vegyük tehát sorra, mik azok az ígéretes technológiák, amik ma mozgatják a villanyautósok fantáziáját.

Lítium-levegő (Li-air)

A fém levegős vagy más néven lélegző akkumulátorok a környezeti levegőt használják a bennük zajló kémiai reakció során. A levegő nagy mennyiségben rendelkezésre áll, erre épülnek a belsőégésű motorok is. Legfontosabb alkotóeleme az emberek számára is nélkülözhetetlen oxigén. Erre van szüksége a lítium-levegő akkumulátornak is, viszont nem kell megijedni, nem egy újabb oxigénzabálót szabadítunk a világra, a folyamat kétirányú. A kisütés, azaz a merítés közben felhasznált oxigént, a töltési folyamat során az akkumulátor újra felszabadítja.

A lítium-levegő akkumulátor elméleti energiasűrűsége 13 kWh/kg is lehet, ami hihetetlenül nagy. Ez az érték megegyezik a benzinben tárolt energia mennyiségével. Gondoljunk csak bele, ezzel megoldással egy Tesla Model S P100D akkumulátora alig 8 kg-ot nyomna. Ha az anód nem lítium, hanem a földön jóval nagyobb mennyiségben előforduló alumínium, akkor is elő lehetne állítani 8 kWh/kg energiasűrűségű akkumulátort. Egy ilyen cella feszültsége 1,7 V és 3,2 V között változik, ami leginkább a lítium polimer cellákhoz hasonlít.

Mégis miért nincs minden autóban, robogóban, laptopban és telefonban lítium levegő akkumulátor? Mert bár a kutatók már a 70-es évek óta próbálják kiküszöbölni a hátrányait, ez még nem sikerült megnyugtató módon. A fejlesztések a mai napig nem jutottak olyan szintre, mint a normál lítium-ion akkumulátorok. Az egyik probléma az, hogy a kémiai reakcióban részt vevő levegőnek nagyon tisztának kell lennie. Tisztábbnak, mint az átlagos városi levegő, tehát valamilyen szűrőberendezést kell beépíteni az eszközbe. Ráadásul sűríteni is kell a levegőt, hasonlóan, mint az üzemanyagcella esetében a hidrogént. Ez a két kiegészítő berendezés jelentős helyet foglalhat el és felemésztheti a tárolt energia akár 30 %-át is.

Másik nagy probléma a lítium levegő akkumulátorral, az élettartama. Míg egy átlagos minőségű lítiumion cella simán kibír 1000 feltöltést, addig a levegős változat 50 ciklus után csődöt mondhat. Tovább rontja a helyzetet, hogy mindezt nagyon hirtelen teszi. A magyarázat az, hogy egy lítium-peroxid film keletkezik a lélegző felületen, ami elszigeteli a levegőt és megakadályozza a további hasznos kémiai reakciót.

A kutatások természetesen folytatódnak, egyes források már 750 ciklust megélt cellákról is beszámolnak, viszont az áttörést jelentő megbízhatóság még várat magára.