Legutóbb szűk három évtizede ugrott egyet az akkumulátorok fejlődése, amikor felfedezték a lítiumionos cellákat, majd a kilencvenes évek elejétől egyre szélesebb körben használni kezdték azokat. Ám tökéletesítésük ellenére a sok áramot felvevő, nagy képernyős okostelefonjainkat minden este tölteni kell, ráadásul órákon át. Az immár sosem látott ütemben terjedő elektromos autóknál még nagyobb probléma, hogy az akkuk nehezek, aligha bírják addig az újratöltögetést, mint ameddig maga a jármű „él”, és a teljesítményük is limitált. (Hiszen sok-sok hagyományos gépkocsi elmegy 1000 kilométert egy tank üzemanyaggal, s ha az kifogy is, 1-2 perc alatt pótolható. Az e-autósoknak viszont legalább egy órára meg kell állniuk, ha lemerül az áramforrás.) Nézzük, merre haladnak az akkutechnológiai fejlesztések.
Sóakku – a magyar fejlesztés
A tudomány minden területén szép számmal bukkanunk magyar fejlesztőkre, így van ez az akkumulátoroknál is. A finn központú BroadBit Batteriesről nem is gondolnánk, hogy hazai gyökerű, ám a különleges áramtárolók feltalálója Kovács András, csupán finn mérnökökkel és egy finn-amerikai ügyvezetővel egészült ki a kis csapat az alapítás óta eltelt három évben. Az igazán nagy dobás, hogy András akkuiban igen olcsó és nagyon biztonságos konyhasó tárolja a feszültséget.
A dolog kiválóan működik laboratóriumi körülmények közt, jelenleg viszont már az ipari puffertartályokhoz fejlesztenek megoldásokat, egyre közelebb jutva a tényleges termékekhez. A finn szabadalmi hivatal tavaly ősszel már be is jegyezte azt az igazi áttörést jelentő technológiát, amely mindössze 5 percre rövidíti a feltöltést! Ennek ellenére igen nagy feszültséget tudnak elérni az akkukkal, így a megújuló energiák ideiglenes tárolásában vagy az e-autó-ágazatban is nagy hasznát vehetik majd a magyar találmányon alapuló kisvállalat termékeinek. Annál is inkább, mivel a gyártástechnológia viszonylag egyszerű, és ugye a pimaszul olcsó konyhasó az akkuk alapja. Az igazi nagy dobás azonban az, hogy az ötperces töltés ellenére feltehetően semmilyen robbanási-gyulladási kockázat nem áll fenn – ezt jelenleg teszteli a csapat.
A japán csoda – már kapható is
Nemrég került forgalomba a világ egyik legújabb akkumulátortechnológiája, amely szintén remek alternatívája lehet a lítiumionos rendszereknek. A kettősszén-alapú akkut (dual carbon battery), a Power Japan Plus nevű, tokiói központú startup megoldását a Kjúsúi Egyetemen, a szigetország legjobb anyagtudományi intézetében fejlesztették ki. Elsőre hihetetlen, de semmilyen ritka fémet nem tartalmaz az áramforrás, az anód és a katód is grafit, azaz szénalapú. A grafitot bambusz és gyapotszár felhevítésével nyerik, így 100 százalékban környezetbarát a gyártás és teljes lehet az újrahasznosítás is. Az akku nem hevül fel, nem robban, teljes mértékben lemeríthető, három-hatezerszer újratölthető, s a hírek szerint hússzor gyorsabban, mint mai riválisai. Ha ez nem lenne elég, az olcsó gyártástechnológia miatt még kis sorozatban sem drágább, mint lítiumionos társai, nagy sorozatban pedig harmadával-felével olcsóbb lehet. Ha mindez igaz, akkor pár év múlva a gyártók is felfedezik. Annál is inkább, mert a cég alapítója a Toyota és a Tesla elektromosautó-rendszereinek fejlesztésén dolgozott korábban.
A texasi áttörés – 94 évnyi tapasztalattal
A Texasi Egyetemen magának a lítiumionos akkuk 94 éves feltalálójának, John Goodenoughnak a részvételével folynak a kutatások a biztonságosabb, gyorsabban és a mainál sokkal többször újratölthető áramtárolók kapcsán. Az eredményeket decemberben és február végén publikálták. Az akkuk újdonsága, hogy az anód és a katód közt a részecskéket szállító „oldat” nem folyékony, hanem szilárd (solid state electrolyte battery vagy glass battery), méghozzá üveget tartalmaz. Nagy újdonság, hogy nem csupán ezerszer, hanem sok ezerszer újratölthetők nagyobb károsodás nélkül, azaz a gyakorlatban akár 10-20 évig is teljesítményveszteség nélkül működhetnek. Mi több, energiasűrűségük háromszorosa a mai megoldásokénak, azaz háromszor kisebb súllyal ugyanakkora teljesítményt adnak. Ugyanakkor ezek inkább a távolabbi jövő akkumulátorai, mivel a gyártástechnológia még nem áll rendelkezésre.
Óriásakku – erőmű helyett
A Southern California Edison nevű vállalat egy 32 MW-os, rekordnagyságú lítiumionos tárolót épített 2015-ben. Ezzel egy a csúcsidőszakban használt gázerőművet váltanak ki, illetve a dél-kaliforniai térségben megtermelt 4500 MW kapacitású szélerőművek termelését tennék kiegyenlítettebbé. A közel 11 ezer (!) akkumulátorból álló rendszert csaknem 15 milliárd forintból építették ki. Ha több évig sikeres lesz, az eddig használt magasra felszivattyúzásos technológia igazi alternatívája lehet. Ezzel pedig sokszorosára növelhető a megújulók részesedése az áramtermelésben.
Lítiumion – felturbózva
A szingapúri Nanjang Egyetemen jó ideje a lítiumionos akkumulátorok további tökéletesítésén dolgoznak, igencsak jó eredményekkel. A mostaniaknál akár hússzor gyorsabban is lehet majd tölteni ezeket, a 70 százalékos telítettséget pedig csupán két perc alatt érik el. Ráadásul a mai lítiumionos akkuk 500-1000-szeres töltési ciklusával ellentétben tízezerszer is fel lehet használni ezeket! Különösen az e-autók fejlesztőinek az is tetszeni fog, hogy az élettartamuk 20 évre növekszik. Az újítás nagyrészt annak köszönhető, hogy a grafitanódot egy gélszerű anyagra, titán-dioxidra cserélték. Ez a természetben is előforduló vegyület ráadásul olcsó, az élelmiszeriparban fehér festékként használják. Igazán hasznos akkor lett, amikor nanocsövecskéket készítettek belőle. Rachid Yazami, a lítium-grafit megoldás felfedezője szerint ez lesz az igazi nagy áttörés a következő évtizedekben az akkumulátorok kapcsán.
Nawa technologies – extrém gyorsaság
A francia cég nagy teljesítményű szuperkondenzátorainak a fejlesztésére már 2,4 millió euró tőkét gyűjtött 2013-as megalakulása óta. A szuperkondenzátorok extrém gyorsan tölthetők a lítiumionos rendszerekhez képest, és legalább egymilliószor felhasználhatók! Viszont nem tudnak sokáig áramot tárolni. A NAWA-nál az jelenti az áttörést, hogy az ő készülékeiknél ötszörösére növelték a tárolási időt. Igaz, ez még mindig csak néhány percet jelent, ám laboratóriumi körülmények közt már 15 percet értek el.
Minek kell megfelelniük a jövő akkuinak?
- Rövid töltési idő: Lehetőleg pár perc, hogy az üzemanyag-tankolás igazán komfortos legyen az elektromos autók tulajdonosainak.
- Nagy energiasűrűség: Hogy minél kisebb helyen, minél kisebb tömeg mellett minél több áramot tudjanak tárolni.
- Sok töltési ciklus: Fontos, hogy ne csak 50-100-szor, mint a laborokban, de akár több ezerszer is újratölthetők legyenek az újfajta akkuk.
- Biztonság: A mai lítiumionos akkuk érzékenyek a töltés, a merítés mértékére, így hajlamosak a kigyulladásra, robbanásra, amit például a Samsung Note 7 telefon esetében is megtapasztalhatott a világ.
- Működési hőmérséklet: Az elektromos kütyükkel szemben az e-autóknál vagy a szabadban lévő puffertárolóknál az akkuk hűtéséről, fűtéséről külön kell gondoskodni, ami nagyon megdrágítja alkalmazhatóságukat.
- Környezetvédelem: Az ólomakkumulátorok újrahasznosítása a fejlett világban megoldott ugyan, de mind a gyártás, mind a szétszerelés során rengeteg az egészségre ártalmas anyaggal kell dolgozni, ráadásul a fejlődő világban elképesztő mértékű szennyezést okoznak a mai akkuk. Az újdonságok nem vagy alig tartalmaznak ilyen veszélyes anyagokat, vagy az újrahasznosíthatóságra már a tervezés során jobban odafigyelnek.
