Olcsó akkumulátorok kisautók számára vagy nagy elektromos autók akár 1000 kilométeres hatótávolsággal – az új nátriumion-akkumulátor és a szilárdtest-akkumulátor mindkettőt elérhetővé teheti.
Mindössze 4 millió forint – a BYD Seagull ára úgy hangzik, mint egy távol-keleti tündérmese. Alig 3,78 méter hosszú a kínai városi kisautó, amely azonban így is alkalmas négy utas befogadására. Az alap Seagull padlója alatt egy újfajta, nátriumion-cellakémiával működő akkumulátor található. Ez teljesen megváltoztathatja az olcsó elektromos autók világát, mivel gyártása körülbelül 40 százalékkal kevesebbe kerül, mint egy hasonló kapacitású lítiumion-akkumulátoré.
Van ennél lejjebb is!
A Seagull teljesítménye 55 kW, kínai szabvány szerinti hatótávolsága 305 kilométer. A Sehol, amelynek nekünk igen viccesen hangzó márkaneve mögött a JAC és a Volkswagen közös vállalata van, belépőmodellje még olcsóbb. Az E10X ára 2,5 millió forinttól indul, akkumulátora azonban mindössze 25 kWh-t tárol. Utóbbi a HiNa nevű cégtől származik, amely a világpiaci vezető CATL-hez hasonlóan néhány hónapja kezdte meg a Na-ion-akkumulátorok gyártását. A BYD ezt leányvállalatára, a Findreamsre bízza, amely erre a célra vegyesvállalatot hozott létre a könnyű elektromos járművek egyik nagy gyártójával.
A nátrium ugyanúgy nagy reakcióképességű alkálifém, mint közeli rokona, a lítium. Az akkumulátoron belül a folyékony elektrolit tartalmazza. Elektromos töltésű részecskéinek, az ionjainak a tömege és a mérete is nagyobb, mint a lítiumé, ami gyarapítja a cellák tömegét, ami növeli a mechanikai igénybevételt és csökkenti az energiasűrűséget. A Sehol E10X akkumulátorának egy kilogrammja például csak 160 Wh energiát tartalmaz, ami jó harmadával kevesebb, mint amennyit egy NMC-kémiájú (nikkel, mangán és kobalt) lítiumion-akkumulátor tárol.
igényel
Ezt a hátrányt azonban jelentős előnyök ellensúlyozzák. A nátriumion-celláknak kicsi a belső ellenállásuk, ezért kevés hőt bocsátanak ki. Így szorosan lehet őket elhelyezni, ami a rendszer, azaz az akkumulátortelep szintjén javítja az energiasűrűséget, továbbá kevés hűtést igényelnek, és elektrolitjuk sem gyúlékony. A nagy teljesítménysűrűség különösen hasznos a töltés során. A Sehol 20 percet ad meg egy teljes töltésre, és ez az érték alig romlik még mínusz 20 fokos hőmérsékleten is. Vele ellentétben a lítium-vas-foszfát- (LFP) cellák, amelyek ma az NMC-akkumulátorok olcsó alternatíváját jelentik, hidegben fűtést igényelnek.
A nátrium a konyhasóban lakik
A nátrium döntő erőssége azonban könnyű hozzáférhetősége, hiszen a só egyik összetevője. Az a só, amely a földkéreg hatodik leggyakoribb eleme. Az étkezési só nátriumtartalma 40 százalék, egy liter tengervíz pedig tizenegy grammot tartalmaz belőle. A nátrium-karbonát nyolcvanszor olcsóbban beszerezhető, mint a lítium-karbonát. A Na-ion-cellában az anód szénből és alumíniumból áll, ami szintén olcsóbb, mint a Li-ion-akkumulátorok grafit/réz anódja. A CATL az előállítási költségeket kilowattóránként körülbelül 30 euróra becsüli. Ha ez megvalósul, akkor egy 50 kWh-s akkumulátor mindenestől kevesebb mint 2000 euróba kerülhet. A következő lépésben a kínai akkumulátoróriás az energiasűrűséget 200 Wh/kg-ra, azaz a jelenlegi LFP-cellák szintjére kívánja növelni. A CATL egy új akkumulátorkoncepciót is tartogat a tarsolyában, amely vegyesen tartalmazna Na-ion- és Li-on-cellákat egy házban.
25 kWh, de a kisautó Kínában már 2,5 millió forinttól kapható
Az 1000 km-es elektromos autó
Az olcsó Na-ion-akkumulátorok jelenthetik a jövő megoldását a pénztárcabarátabb a kis és kompakt elektromos autók számára. A másik végen, a prémiumkategóriában viszont valami egészen más a központi kérdés. A hatótávolság. A Nio kínai szabványok szerinti 1000 kilométert ígér az ET-7 limuzin számára, ha 2024-től, a világon elsőként 150 kWh kapacitású szilárdtest-akkumulátorral gördül le a gyártósorról. A Toyota abban bízik, hogy hasonló kialakítású energiatárolójával 1200 kilométert is képes lesz megtenni, bár a sorozatgyártása várhatóan csak 2027-ben kezdődik. Ez ugyanolyan hatótávolság lenne, mint egy dízelmotoros autóé, ráadásul mindössze tíz perc újratöltési idővel.
Ma a szilárdtest-akkumulátorok számítanak az akkumulátortechnológia Szent Gráljának. Vagy a fehér egyszarvújának, amiről mindenki áradozik, de még senki sem látta. Az összes nagy gyártó régóta dolgozik az új technológián az erre szakosodott partnereivel. A VW például 2018 és 2021 között 300 millió eurót fektetett a kaliforniai Quantumscape nevű partnercégébe. A Nio és a Mercedes a tajvani Prologiummal, a BMW és a Ford a coloradói Solid Powerrel működik együtt. A Stellantis, a Hyundai/Kia és ismét csak a Mercedes a massachusettsi székhelyű Factorial Energyvel dolgozik együtt. A Solid Energy Systems, a GM, a Hyundai, a Honda, a Geely és a SAIC partnere is ugyanabban az amerikai államban működik. A sorozatgyártás tervezett kezdete? Valamikor 2025 és 2028 között.
A szilárdtest-cellákban kerámia vagy műanyag helyettesíti a folyékony elektrolitot, azaz azt a közeget, amelyben az ionok oda-vissza mozognak. Ez egyrészt csökkenti a tűzveszélyt, mindenekelőtt azonban lehetővé teszi új típusú anódok, vagyis negatív pólusok használatát, amelyek már nem a nehezen reakcióra kényszeríthető grafitból, hanem magas lítiumtartalmú fémből készülnek. Ezek biztosítják a nagy energiasűrűséget és ezáltal a nagy hatótávolságot. További előnyük könnyűségük és kompakt felépítésük.
A szilárdtest-akkumulátorok kulcsproblémája a gyártás, amelynek sokkal pontosabbnak és összetettebbnek kell lennie, mint a mai akkuk esetében. A nem folyékony elektrolitnak stabilan kell kapcsolódnia az elektródákhoz, hogy az ionok könnyen áramolhassanak. A Nio beszállítója, a Prologium a jelek szerint ezt a problémát egy köztes lépéssel, félig folyékony elektrolittal oldotta meg. Alternatívaként léteznek szulfid- és oxidtartalmú elektrolitok, amelyek kénvegyületekből vagy bizonyos ásványokból állnak. A Solid Power és a Prologium ezeken dolgozik. De 2030 előtt ezek sem lesznek készen a sorozatgyártásra.
Szöveg: Johannes Köbler/G.M.
Mennyire függünk a kínai alapanyagoktól?
Lítium, grafit, kobalt. A fontos akkumulátor-alapanyagok mindegyike kínai vállalatok ellenőrzése alatt áll. Az új cellatechnológiák azonban fordulatot hozhatnak ebben is.
Egyre sürgetőbb a figyelmeztetés. Az EU Tanácsának spanyol elnöksége nemrégiben igen súlyos tartalmú dokumentumot tett közzé. 2030-ra Európa a lítiumion-akkumulátorok tekintetében ugyanolyan függőségbe kerülhet Kínától, mint ahogy 2022 elejéig Oroszországtól függött a gáz- és az olajellátás szempontjából.
A kínai vállalatok nem csak az akkumulátorcellák és -rendszerek piacát uralják. Ellenőrzésük alatt tartják az előállításukhoz szükséges összes fémet és ásványi anyagot is. A lítium esetében, amely alapanyagként főként Chiléből és Ausztráliából származik, Kína magához ragadta a feldolgozási folyamatokat. A grafitot belföldön, a kobaltot Afrikában bányásszák. Ez a három anyag pótolhatatlan az európai e-autókat uraló NMC-akkumulátorok- ban. Csakhogy mindhárom károsítja az éghajlatot. Komoly becslések szerint a lítium, a kobalt, a mangán és a grafit kitermelése és feldolgozása, 1 kWh akkumulátorkapacitásra vetítve körülbelül 100 kilogramm CO2-kibocsátással jár. A kobalt bányászata további környezeti károsítással és gyakran gyermekmunkával is jár.
A kínai kormány szempontjából
a globális fölény fenntartása straté- giai jelentőségű. Az állam évek óta szisztematikusan bővítésre törekszik, nagy összegeket fektet be a termelési láncokba és az akkumulátorkutatásba. A Kínával való versenyben most egy második hatalmi pólus alakulhat ki az USA-ban. A washingtoni politikusok felismerték a kérdés jelentőségét, és például az inflációcsökkentő törvény keretében sok milliárdot irányítottak az elektromos hajtások nyersanyag-kitermelése és -feldolgozása felé.
Ebben a kétfrontos konfliktusban a német autógyártók globális együtt- működéssel és közös vállalkozásokkal próbálják biztosítani ellátásukat. A legnagyobb lehetőségük azonban valószínűleg a technológiaváltásban rejlik. Az LFP-akkumulátorok mangán, nikkel és kobalt nélkül is boldogulnak, és ugyanez vonatkozik a nátriumi- on-akkumulátorokra is. „A kínaiak messze előttünk járnak ebben a technológiában” – mondja Ulrich Fichtner professzor az Ulmi Egyetemről. „De ez kihúzhat bennünket a nyersanyagfüggőségünkből.”
