szerző:
Illényi Balázs

A lítiumion-technológia vagy valami forradalmian új megoldás látja majd el árammal a jövő autóit, telefonjait, laptopjait? A hangzatos ígéretek ellenére jelenleg valószínűbbnek tűnik az első változat.

Kevés kutatási terület pörög mostanában jobban, mint az akkumulátorok fejlesztése. Az elmúlt másfél évben jószerével hetente tudósított a szaksajtó újabb „áttörésekről”, „forradalmi újításokról” vagy „a jövő áramforrásáról”. Bár a szenzációs bejelentések rendre azzal végződtek, hogy akad még egy-két olyan kiküszöbölendő körülmény, amely(ek) miatt a szóban forgó újítás kereskedelmi forgalomba kerülése a következő években nem valószínű, szakértők bizonyosra veszik, hogy a rengeteg kutatásnak hamarosan meglesz a gyümölcse.

Szükség is lenne rá, mivel jelenleg az okostelefonoktól és tabletektől az elektromos autókig a legtöbb hordozható-mozgó eszközt ugyanazon az elven működő lítiumion akkumulátorok látják el árammal. Ezeknek a hátrányait pedig mindenki tapasztalja: viszonylag behatárolt üzemidő, többórányi töltés, az újratöltések nyomán idővel jelentősen csökkenő teljesítmény.

Ennek ellenére még mindig a legjobb ár-érték-teljesítmény arányt nyújtják. Nem utolsósorban azért, mert – hála a tömegtermelésnek – 2010 óta a négyötödére esett az áruk. És bár a következő pár évben további árcsökkenést és nagyjából 20 százalékos teljesítménynövekedést jósolnak iparági szakértők, még mindig nem dőlt el, mi fogja hajtani a jövő elektromos autóit: az apránként tovább tökéletesítgetett lítiumalapú technológia, vagy valami egészen más? (A legígéretesebb lehetőségekről lásd cikkünk alján a Három kihívó című írásunkat.)

Elon Musk Teslája az elektromos autók felől közelíti az aksikérdést. Tetszenének forradalmat csinálni
©

A mostani lítiumion aksik mellett szól, hogy rengeteg pénzt és energiát öltek már a fejlesztésükbe, és szakértők szerint bőven van még mit kihozni belőlük. Az előállítási költségeket a tömegtermelés is csökkenti, amiben mások mellett nagy szerepe lesz a Tesla e célból épített gigafactoryjainak, azaz óriásgyárainak (az első tavaly óta Nevada államban már részlegesen üzemel).

De legalább ennyire fontos a technológiai fejlesztés. Az amerikai energiaügyi minisztérium konzorciuma, a Battery500 például a Tesla és az IBM közreműködésével ügyködik azon, hogy az akkumulátorok jelenlegi, kilogrammonként 250 wattórás energiasűrűségét megduplázzák. Elsősorban a grafitanódot akarják kiváltani szilíciummal, mivel utóbbi elméletileg tízszer annyi töltést képes tárolni, mint a grafit. A terv szépséghibája, hogy töltés és kisülés közben a szilícium kitágul és összehúzódik, valamint reakcióba léphet az elektrolittal. Ezek miatt a kísérleti szilíciumelektródák sokkal könnyebben meghibásodnak, mint a grafitból készítettek. Még legalább öt évet vehet igénybe az üzembiztos szilíciumanód kikísérletezése, ám még azzal is csak 350 wattórára növekszik majd a reformakkuk energiasűrűsége – jelezte a Guardian brit napilapnak nyilatkozó Jun Liu, a Battery500 igazgatója. A megcélzott duplázáshoz szükséges újabb 150-et egyéb fejlesztésekkel érhetik el – becslések szerint további öt év alatt.

Ez csak az egyik ötlet a Sony által 1991-ben piacra dobott lítiumion akkumulátor felturbózására, ám abban mindenképpen hasonlít a többi tervre, hogy – gyanúsan egybehangzóan – szinte mindegyiknek a fejlesztői általában 5–10 év múlva ígérik a piacképes megoldást. Mint például a többek által az akkumulátortechnológia Szent Gráljaként emlegetett lítium-levegő akkumulátor esetében. A hagyományosaknál elméletileg negyvenszer több töltést tárolni képes reformaksiban a lítium oxidációja nyomán szabadulnak fel elektronok. Megoldani már „csak” azt kellene, hogy ne kezdjen vészesen gyengülni tucatnyi töltési ciklus után. Ugyancsak a viszonylag gyors elhasználódás a gyengéjük a tervezett lítium-kén akkuknak is, amelyek szerényebb, de így is nagyságrendi előrelépést hoznának.

A grafitból készült anódot a Toshiba titán-nióbium-oxiddal váltaná ki, ami – októberi bejelentésük szerint – sokkal hatékonyabban tárolja a lítiumionokat, és megduplázza az energiasűrűséget. Így egy hatperces gyorstöltéssel háromszor akkora utat tehetnének meg az elektromos autók, mint jelenleg. Ráadásul a japán cég már 2019-re ígéri a piacképes változatot – kérdés, milyen áron.

©

A legfrissebb kutatások egyikeként a drezdai Fraunhofer Intézet több száz, rétegesen egymásra fektetett lemezből építené fel az autók hatótávját megduplázó áramforrást. A Samsung pedig graféngolyókkal vonná be a lítiumion akkuk elektródáit, hogy védje őket a korrodálódástól, és gyorsítsa az elektronok mozgását. Ezáltal ötödére esne a töltési időt, ami egy okostelefon esetében nem sokkal haladná meg a 15 percet.

Akármelyiket sikerül megvalósítani, azért is sürgető a mostani technológia leváltása, mert egyre nehezebb lesz alapanyagokat találni. A lítiumionos áramforrásokban (elsősorban az autókéiban) a lítium mellett grafitra, kobaltra, mangánra és nikkelre van leginkább szükség. Közülük a legkritikusabb a kobalt, amelyből egy telefon akkujába 8 grammnyit, egy autóéba viszont több mint 8 kilogrammnyit kell beépíteni. Ha semmi sem változik, az ezüstszürke fémből a következő évtizedben a jelenlegi mennyiség sokszorosára lesz szükség, miközben a szűkös tartalékok közel kétharmada a nem épp politikai stabilitásáról híres Kongói Demokratikus Köztársaságban található; rajta kívül még Zambiában és Kubában vannak jelentős készletek.

A kobalt ára 2016 óta máris megnégyszereződött. Svédország ezért elkezdte felkutatni a saját tartalékait, az Apple és néhány nagy autógyártó pedig közvetlenül a kongói bányák tulajdonosaival tárgyal az utánpótlásról. Időközben a – főleg az Andokban, illetve Kínában található – lítium ára is a két és félszeresére ugrott.

A sok bizonytalanság miatt elképzelhető, hogy nem is az akkumulátortechnológia terén, hanem az emberi hozzáállásban kellene paradigmaváltást elérni – vetette fel a Guardianben Jessika Trancik, a Massachusettsi Műegyetem (MIT) energiafelhasználást kutató professzora. Ha például az autótulajdonosok többsége megértené, hogy mindennapjaik 90 százalékában bőven elegendő az a hatótávolság, amire manapság már a legolcsóbb elektromos autók is képesek, akkor nem feltétlenül várnának el az akkuktól a belső égésű motorokéhoz mérhető teljesítményt – amire a legtöbbjüknek csupán évi néhány napon van szüksége.

Három kihívó

Hidrogén üzemanyagcella

Egykor a legnagyobb ígéret volt, manapság a legnagyobb illúziónak tűnik a fél évszázada fejlesztett hidrogén üzemanyagcella. A berendezésben a hidrogén katalizált kémiai reakció során elektromos áramot termel, végtermékként pedig víz keletkezik. A gyorsan utántölthető, lényegében örök élettartamú cellával azonban akad pár makacs probléma. A hidrogént nehéz tárolni, ezért nagyon magas, 700 baros nyomáson kell tartani, ami veszélyes, ráadásul a jelenlegi üzemanyagtartályok helyigénye többszöröse a hagyományosakénak. A hidrogénkutak széles körű telepítése nehézkes és rendkívül drága lenne, a gáz döntő részét pedig szénhidrogénekből, környezetszennyező módon állítják elő; igaz, próbálnak például genetikailag módosított algákkal vízből termeltetni hidrogént. Több autógyártó már lemondott a technológiáról, ám a Toyota és a Honda még kitartóan fejleszti, pár éve kaphatók is a nagyjából 500 kilométer hatótávolságú hidrogénhajtású autóik – horribilis áron.

Grafén szuperkondenzátor

Évek óta pedzegetik, hogy ha grafénból készítenék a rendkívül gyorsan tölthető és hatalmas mennyiségű töltést tárolni képes szuperkondenzátorokat, akkor a hagyományos akkumulátorok komoly versenytársai lehetnének. Egy telefon töltése például másodperceket, de egy autóé is csupán perceket venne igénybe. A grafén a speciális szerkezete miatt lenne képes a megfelelő, óriási felületet biztosítani a töltés tárolásához. Tavaly augusztusban a Manchesteri Egyetem kutatói elő is állítottak olyan, tintaszerű grafén-oxid festéket, amely szilárdtest jellegű flexibilis szuperkondenzátorként működik, de ez a ruhákra nyomtatható anyag legfeljebb a viselhető technológia energiaellátását oldhatná meg.

Szilárdtest akku

Kisebbek, nagyobb energiasűrűségűek, olcsóbbak és biztonságosabbak a mai akkuknál, ezért szintén nagy várakozás övezi a szilárdtest akkumulátorok fejlesztését, amelyekben az elektrolitot valamilyen, az elektromosságot jól vezető szilárd anyag váltaná ki. Csakhogy mindeddig nem találták meg a nyerő vezető közeget. A lítiumion akkuk egyik atyja, John B. Goodenough tavaly (94 évesen) a Texasi Egyetem csapatával együtt azzal állt elő, hogy háromszorosára növelné a kapacitást, ha üveget tennének a lítium és a nátriumelektródák közé, ám az ötletet sok szakmai kritika érte. Novemberben három amerikai kutatóintézet tudósai mutatták be közösen magnézium, szkandium, szelén, valamint magnézium-alumínium-oxid ötvözetéből álló, „kiemelkedő teljesítményt” produkáló szilárdtest akkumulátorukat. A számos kutatás ellenére jelenleg mindegyik próbálkozás csupán kísérleti fázisban van.

Ha máskor is tudni szeretne hasonló dolgokról, kövesse a Tech + tudomány rovatot a HVG hetilapban, és lájkolja a Facebook-oldalunkat.

Érdekesnek találta cikkünket?
Legyen HVG pártoló tag!

A HVG Pártoló Tagság programja az első olyan kezdeményezés, aminek keretében az olvasóink közelebb kerülhetnek szerkesztőségünkhöz és támogatásukkal segíthetik, hogy újságírói munkánkat továbbra is az eddig megszokott magas színvonalon végezhessük. Tagjainknak heti exkluzív hírlevelet küldünk, rendezvényeket kínálunk, a könyveinkre és egyéb termékeinkre pedig komoly kedvezményt adunk. Támogatóként már heti egy kávé árával is hozzájárulhat a minőségi újságíráshoz! „Amikor annyira eluralkodik a mindennapi életünkön a virtualitás, üdítő igazi emberi kapcsolatokat építeni.”
K. Erna – Pártoló tag


„Régóta olvasom a HVG-t és cikkei között mindennap találok érdekfeszítőt!”
H. Szabolcs - Támogató
Csatlakozzon programunkhoz, támogassa munkánkat egyszeri hozzájárulással vagy fizessen elő a hetilapra!
A HVG Pártoló Tagság programja az első olyan kezdeményezés, aminek keretében az olvasóink közelebb kerülhetnek szerkesztőségünkhöz, és támogatásukkal segíthetik, hogy újságírói munkánkat továbbra is az eddig megszokott magas színvonalon végezhessük. Támogatóként már heti egy kávé árával is hozzájárulhat a minőségi újságíráshoz! Csatlakozzon programunkhoz, támogassa munkánkat egyszeri hozzájárulással vagy fizessen elő a hetilapra!