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.)

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.

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