A jövő ígéretes akkumulátorai

A jövő ígéretes akkumulátorai – TARTALOM

1. A legnagyobb probléma az energiasűrűség
2. Biztonságosabbak lesznek a szilárd elektrolitos akkumulátorok?
3. Hidrogénből van elég körülöttünk, de a katalizátorok elég drágák lesznek

A legnagyobb probléma az energiasűrűség

Bár a modern akkumulátorok nagyon erősek, meg sem közelítik a fosszilis üzemanyagok energiasűrűségét – például a benzin 9 000–12 300 Wh/l! Ezért a kilencvenes években felmerült, hogy az akkumulátorokat üzemanyagcellákkal váltsák ki, ahol katalitikusan bontanák az etanolt, ami lényegesen nagyobb üzemidőt adna az eszközöknek, mint amit az akkori nikkel-kadmium akkuk tudtak. Az a kép, hogy egy laptopba tiszta alkoholt töltesz utántöltésként, lehet, hogy érdekes, de ma már egyáltalán nem felel meg sem a környezetvédelemmel, sem a biztonsággal kapcsolatos elvárásoknak.

A fejlesztés más irányba fordult: a cél a illékony elektrolit kiváltása lett. A szilárd elektrolitos akkumulátorok (solid state battery) az elektrolit helyett egy szigetelő réteget használnak, amely vagy kerámia (ceramic separator), vagy egy speciális üvegforma. Az eredmény az, hogy az akkumulátor kompaktabb, jóval nagyobb energiasűrűségű, és mivel nincs benne illékony elektrolit, amely kifolyhatna vagy lebomolhatna, ezek az akkuk elvileg sokkal biztonságosabbak lesznek a klasszikus megoldásoknál.

Biztonságosabbak lesznek a szilárd elektrolitos akkumulátorok?

A szilárd elektrolitos akkumulátorok nemcsak nagyobb kapacitást kínálnak kilogrammonként, hanem sokkal kevésbé érzékenyek a hőmérsékletre is, ami azt jelenti, hogy nincs szükségük olyan szigorú biztonsági korlátozásokra. A klasszikus lítiumos akkumulátorokat gyorstöltéssel jellemzően csak 80%-ig töltik, mert az utolsó 20% a legkockázatosabb – ezért az elektromos autóknál a valós hatótáv gyakran alacsonyabb a katalógusadatoknál. Az új laptopoknál is gyakran van „ajánlott” 80%-os töltöttségi szint, ami kíméli az akkumulátort. A szilárd elektrolitos akkuknál ez a gond nincs: a hő nem zavarja őket, és nagy sebességgel lehet őket „egészen a végéig” tölteni.

Ez a technológia lényegében már kész, jelenleg főleg a tömeggyártás kérdései vannak napirenden. Kiderült ugyanis, hogy a szilárd elektrolit előállítása meglepően sokkal drágább és gyártástechnológiailag jóval nehezebb, mint a klasszikus akkuknál. Az összehasonlítható szilárd elektrolitos akkuk akár háromszor drágábbak is lehetnek, és a gond főleg a gyártási folyamat bonyolultságában rejlik. Az akkumulátor élettartama erősen függ a szigetelő réteg homogenitásától és minőségétől: ez határozza meg, mit bír ki az akku, és mennyi ideig. A jóval nagyobb kapacitás miatt ugyanakkor ezek az akkuk különösen vonzóak lesznek az elektromos autók számára, és több autógyártó is befektet olyan cégekbe, amelyek ezt a típust fejlesztik.

Hidrogénből van elég körülöttünk, de a katalizátorok elég drágák lesznek

Egy másik, háztartási felhasználásra ígéretes „jövőakkumulátor” a nikkel-hidrid akkumulátor (NiH2, nickel-hydride battery), amelyet eredetileg a NASA fejlesztett ki űrkutatási célokra. Úgy néz ki, mint egy nyomástartó palack, elég nagy és nehéz, viszont elképesztő élettartamot kínál – 30 000 ciklus után is 85% kapacitást. Ennek az akkumulátornak az egyik fő hátránya, hogy nagy nyomáson tárolt hidrogént igényel, ezért az acél ház miatt nehéz. Bár hidrogént tartalmaz, ez a típus kevéssé érzékeny a hőmérsékleti ingadozásokra, és működhet fagyban és melegben is. Az újabb modelleket ráadásul úgy tervezik, hogy a hidrogén szúrás esetén is biztonságosan távozzon.

A hidrogén és a nikkel is gyakori elem – azt hihetnénk, hogy egy ilyen akkumulátor olcsó lesz. Sajnos viszont platinából vagy palládiumból készült katalizátort is tartalmaz, ami meglehetősen drágává teszi ezt a technológiát. A fejlesztők abban bíznak, hogy a gyártás felfutásával és egy jobb katalizátor megtalálásával – ami akár nikkel–molibdén–kobalt ötvözet is lehet – az ár elfogadható szintre csökkenhet. Nagy akkumulátoros tárolókkal így majd el lehetne raktározni a megújuló forrásokból származó energiacsúcsokat, és lehetővé válna az elszigetelt közösségek és létesítmények független, szigetüzemű működése. Ezt a technológiát az űrkutatásban széles körben használják és bevált – az egyetlen, amire szükség van, hogy a tömeggyártáshoz olcsóbb legyen!

Az akkumulátortechnológiák jövője olyan irányba halad, amely radikálisan megváltoztathatja az energiahasználati lehetőségeinket. Legyen szó szilárd elektrolitos akkumulátorokról, amelyek nagyobb biztonságot és gyors töltést ígérnek, vagy nikkel-hidrid cellákról, amelyek ezernyi ciklust is kibírnak kapacitásvesztés nélkül, a legnagyobb kihívás továbbra is a gyártási költségek csökkentése, hogy ezek a technológiák széles kör számára elérhetővé váljanak.