Megvádolták: Az akkumulátorok jövője

Mielőtt elkészítené a reggeli kávéját, csatlakoztassa az autóját. Mire a kávé elkészül, az autó töltöttsége nulláról 100-ra emelkedik, és készen áll arra, hogy több száz kilométert tegyen meg hátradőlve, és az üzleti megbeszéléseire fuvarozza. Ez a forgatókönyv a közelmúltbeli akkumulátor-technológiai áttörésekből eredő, kialakulóban lévő valóság. Az elektromos járművektől kezdve az okostelefonokon át a nagyméretű tárolókig egyre nagyobb teret hódítanak a jelenlegi vezető akkumulátor-modell, a lítium-ion (Li-ion) kiigazításai és alternatívái. 

Mi van a láthatáron?
Egyre több olyan új technológia létezik, amely felszabadíthatja az akkumulátorok jövőjét - némelyik életképesebb, mint a többi. A lítium-alapú akkumulátorok egyik továbbfejlesztése az úgynevezett szilárdtest Li-ion akkumulátorok kifejlesztése, amelyek közül a legígéretesebbek a grafén felhasználásával készülnek. Ez a technológia kiváló stabilitást, hosszabb tárolási időt és jelentősen megnövelt töltési sebességet biztosít. A Samsung bejelentette, hogy olyan grafénalapú akkumulátort fejleszt, amely közel 50%-tel növelheti az akkumulátor kapacitását, és 500%-tel növelheti a töltési sebességet, azaz a teljes feltöltés körülbelül 12 percig tarthat. A következmények az EV-piacra nézve is ígéretesek, ahol a grafén akkumulátorok az okostelefonokhoz hasonló töltési sebességet és 500 km-es hatótávolságot biztosíthatnak.
A jelenlegi lítium akkumulátorok innovatív módosítása során grafit helyett homokot használnak, és ezzel a hagyományos lítium akkumulátoroknál háromszor jobb eredményeket érnek el. Mivel homokot használnak, előállításuk is jelentősen olcsóbb, valamint nem mérgező és környezetbarát.
Egy másik környezetbarát megoldás a víz. A folyékony áramlású akkumulátorok pH-semleges vizet használnak az energia hosszú távú tárolására, és energiatermelésre is felhasználhatók. Egy ausztráliai vállalat a világ legnagyobb akkumulátorának létrehozásán dolgozik egy természetes tó, valamint egy turbinákból és alagutakból álló rendszer segítségével. Az okostelefon-gyártók is látnak lehetőséget e technológia kisléptékű alkalmazásokban való felhasználásában.
A nátrium-ion akkumulátorok egy másik figyelemre méltó versenyző. Ezek a só akkumulátorok akár hétszer hatékonyabbak lehetnek, mint Li-ionos társaik. Bár a kereskedelmi forgalomba hozatal még talán egy évtizedre van, a sóalapú akkumulátorok teljesen kiválthatják a lítium akkumulátorokat, mivel előállításuk sokkal olcsóbb lenne, miközben jobb teljesítményt nyújtanak.
Az akkumulátorok számára aktívan kutatott és fejlesztett egyéb technológiák közé tartozik a fotoszintézis, az arany nanodrótok, az üzemanyagcellák, a napelemek, a habelemek és a viselhető akkumulátorok.

Mi a helyzet ma?

A Tesla már most is a Li-ion akkumulátorok legnagyobb vásárlója, és a Tesla Gigafactories-nak köszönhetően a legnagyobb gyártóvá válhat. Az első - az egyesült államokbeli Nevadában - Li-ion akkumulátorokat fog gyártani, amelyekből a Teslának nagyjából a jelenlegi világszintű készletnek megfelelő mennyiségre van szüksége. A gyár a Tesla és a japán Panasonic közös projektje, és 2020-ra a Tesla azt reméli, hogy az akkumulátorcsomagok előállítása kevesebb mint $100/kWh áron történik. A Li-ion akkumulátorok árának leszorítása az alternatív energiaforrások használatának ösztönzését jelenti, és Elon Musk vezérigazgató a közeljövőben még sok Gigafaktort tervez építeni. A tervezett európai Tesla Gigafactory számára a hírek szerint többek között a Cseh Köztársaságot és Finnországot vette fontolóra.
A legismertebb akkumulátor-beszállítók közé tartozik a Samsung és az LG Chem, de Kína közvetlenül mögötte áll. Az előre jelzett kereslet nagyságrendje miatt - amely a fejlődő elektromos járművek és tárolórendszerek eredménye - az akkumulátorcellák gyártási igénye példátlan. Az elmúlt három évben az akkumulátorcellagyártási kapacitás több mint kétszeresére nőtt, nagyrészt a kínai cellagyártásnak köszönhetően, amely már most nagyobb részesedéssel rendelkezik a globális termelésből, mint Japán.
Az egyik méltó ellenfél éppen a Cseh Köztársaságban található: HE3DA Ltd. A HE3DA, amely az akkumulátor-technológiák alkalmazott kutatásának és forgalmazásának önjelölt újítója, a nanotechnológián alapuló akkumulátorok nagy töltési és kisütési sebességét használja ki; számos teszt után a kutatók megtalálták a módját annak, hogy növeljék az akkumulátorok biztonságát és a gyártási költségeket a jelenlegi normák 1/20-ával csökkentsék.
A HE3DA összefogott a European Metals vállalattal, amely a csehországi Cínovec falu körül rendelkezik kutatási jogokkal. Ez a hely olyan gazdag lítiumban, hogy a globális lítiumkészlet mintegy 3%-nyi részét teheti ki, ami Európa legnagyobb lítiumkincsét jelentené. A német határhoz való közelsége, a bányászat nagy hagyománya és a magas munkanélküliségi ráta miatt számos termelőt vonzott. A Daimler, a Mercedes-Benz tulajdonosa, második lítiumakkumulátor-gyárát építi egy német városban, mindössze 90 km-re a falutól.

A jövő vezetése
A tökéletes akkumulátorért folyó verseny leginkább az autóiparban zajlik. Elemzők szerint az EV-k 2040-re $240 milliárdos globális iparágat fognak jelenteni, és 20 év múlva a globális járművásárlásokból akár 40%-t is kitesznek majd. Ez azt jelenti, hogy évente 40 millió EV-t fognak eladni, még akkor is, ha a globális járműpiac nulla növekedést mutat.
Jelenleg az elektromos járművek elsősorban újratölthető Li-ion akkumulátorokkal működnek. Ezek nagy energiasűrűsége biztosítja a legtöbb elektromos járműhöz elegendő élettartamot, és egyre olcsóbbá válnak. A Li-ion cellák azonban viszonylag törékenyek, hőmérsékletérzékenyek, és - bár nagy élettartammal büszkélkedhetnek - a fokozatos romlás szinte azonnal megfigyelhető, még nulla használat után is.
Az egyik megoldás az lehet, hogy a folyadékot szilárd anyaggal helyettesítjük. A jelenlegi Li-ionokban lévő folyékony elektrolit átengedi a töltött részecskéket. Bizonyos szilárd anyagok is lehetővé teszik ezt az áramlást, de nem a nagy teljesítményű eszközökhöz szükséges sebességgel. A Toyota azonban azt állítja, hogy 2020-ra olyan új elektromos járművet fog piacra dobni, amelyet szilárd lítium akkumulátor fog működtetni. Ha ez a szilárd akkumulátor megvalósulna, az kiküszöbölné a gyulladás kockázatát, és megnyitná a kapukat a nagyobb energiakapacitást biztosító teljes fém anód előtt. Ez úttörő lenne.
Az is elképzelhető, hogy az akkumulátorok uralma véget ér, mivel olyan vállalatok, mint a General Motors (GM), a Toyota, a Volkswagen, sőt még a UPS is fejleszt hidrogénüzemű EV-ket, amelyek a többi EV hatótávolsága egy tankolásra vetítve felülmúlja a többi EV hatótávolságát. A hidrogén tiszta energiát kínál, az egyetlen végtermék a hő és a víz. A hidrogén üzemanyagcellás EV elektromos motorral rendelkezik, de a fedélzeten tárolt hidrogén üzemanyagból állít elő villamos energiát. A hidrogén összegyűjtése azonban problémás: a hidrogént nyomás alá kell helyezni és sokkal nagyobb tartályokban kell tárolni, mint egy energiaegyenértékű benzintartályt, és ez rendkívül időigényes. Ezért további fejlesztések elengedhetetlenek ahhoz, hogy ez a technológia előrehaladjon.