Trucks

Melyek a legújabb trendek az akkumulátortechnológiában?

2024-12-11
Technológia és innováció Elektromobilitás Alternatív üzemanyagok

Az elmúlt években az akkumulátortechnológia fejlesztése lehetővé tette az elektromos közlekedés felfutását. De melyek a következő nagy trendek és innovációk ezen a területen, és mit jelentenek ezek a nehéz tehergépjárművek számára?
 

Az akkumulátorok az elektromobilitás középpontját jelentik, és minden fejlesztés – legyen az teljesítmény, ár vagy megbízhatóság – felgyorsítja az elektromos közlekedésre való átállást. Viszonylag rövid idő alatt már jelentős előrelépés történt.
 

Hogyan fejlődött az akkumulátor technológia

Az első kereskedelmi forgalomban kapható lítium-ion akkumulátorok 1991-ben jelentek meg, de áruk és kapacitásuk miatt csak a szórakoztatóelektronikai eszközökhöz voltak megfelelőek. Ez azonban gyorsan megváltozott, amikor az áruk jelentősen csökkent, és így hamarosan a személygépkocsik, majd később a nehéz tehergépkocsik számára is használható opcióvá váltak. 2010 óta a költségek kilowattóránkénti 1400 USD-ról 2023-ban 140 USD/kilowattórára csökkentek – 90%-os csökkenés.

 

A fő áttörést az LCO (lítium-kobalt-oxid) akkumulátorok 1980-as feltalálása és a lítium katódanyagként való felhasználásának forradalmi elve jelentette. Ez azonnal megduplázta a meglévő akkumulátorok energiasűrűségét. Azóta az akkumulátorok különböző kémiája folyamatosan fejlődött, ami az energiakapacitás, az élettartam, a biztonság és a teljesítmény javulásához vezetett.

 

2001-ben jelentek meg az NMC (nikkel-mangán-kobalt) akkumulátorok, amelyek gyorsan népszerűvé váltak az autóiparban, mivel sokkal nagyobb energiasűrűséget és jó hőstabilitást biztosítanak. Most azonban az LFP (lítium-vas-foszfát) akkumulátorok kezdik uralni az iparágat. Energiasűrűségük kisebb, mint az NMC akkumulátoroké, de nagyobb biztonsággal, hosszabb élettartammal, alacsonyabb költségekkel és kisebb környezeti hatással járnak. 

Milyen új akkumulátortechnológiákat fogunk látni a következő években?

Számos új technológia fejlesztése folyik: Ha az energiasűrűség növeléséről van szó, nagy reményeket fűznek a szilárdtest akkumulátorokhoz. Ennek során a folyékony elektrolitot szilárd anyagokkal, például kerámiával vagy szilárd polimerekkel helyettesítik, így a kisebb és könnyebb akkumulátorban több energia tárolható. Az elektromos teherautók esetében ez hosszabb hatótávolságot eredményez. Szilárd elektrolit használata esetén azonban az akkumulátor fajlagos ellenállása megnő a folyékony elektrolithoz képest. Jelenleg tehát kihívást jelent a töltési sebesség és a teljesítmény idővel történő csökkenése. A technológia azonban sok lehetőséget rejt magában a lítium-ion akkumulátorok korlátainak csökkentésére, és továbbfejlesztésük már folyamatban van. A Toyota például 2027-re tervezi megkezdeni a szilárdtestes akkumulátorral rendelkező elektromos járművek kereskedelmi gyártását.

 

Az akkumulátorfejlesztés másik iránya az olcsóbb és fenntarthatóbb megoldások iránti igény. Ebben az esetben a nátrium-ion akkumulátorok ígéretes lehetőséget jelentenek. Ma körülbelül feleakkora az energiasűrűségük, mint egy lítium-ion akkumulátoré, de nagyjából feleannyiba is kerülnek, így a technológia jó választás lehet az alacsonyabb energiaigényű alkalmazásokhoz. Mivel nátriumot tartalmaznak, amely az egyik legolcsóbb és legkönnyebben elérhető anyag a bolygón, környezetterhelésük jóval kisebb, mint a lítium-ion akkumulátoroké. 

Az akkumulátorok az elektromobilitás középpontját jelentik, és minden fejlesztés – legyen az teljesítmény, ár vagy megbízhatóság – felgyorsítja az elektromos közlekedésre való átállást.

Milyen akkumulátortechnológiákat alkalmaznak az elektromos nehéz tehergépjárművekhez?

A fő kihívás az elektromos teherautók árának csökkentése, és az olcsóbb akkumulátorok fejlesztése sokat segít. De a teherautó-tulajdonosok követelményei alkalmazási területenként is eltérőek. A távolsági teherautók esetében ugyanolyan rugalmasságra törekszünk, mint a dízelüzemű teherautók esetében. Hamarosan akár 600 km hatótávolságú elektromos teherautók is kaphatók lesznek. Ha azonban hosszabb távokat kell megtennie, gyakran meg kell állnia és töltenie napközben: és ez akár több órát is igénybe vehet.

 

Úgy gondolom, hogy látható lesz az iparágban némi diverzifikáció, és a szállítási feladattól függően különböző akkumulátortechnológiákat fogunk használni. Lehetséges, hogy a nátrium-ion akkumulátorokat inkább az olyan rövidebb megbízásoknál fogják használni, ahol az energiaigény viszonylag alacsony, például a városi áruterítésben. A szilárdtestes akkumulátorok pedig az elektromos távolsági teherautókban jelennek meg – feltéve, hogy a jövőben szintén áttörést érünk el a technológiában. 

 

Akárhogy is, e technológiák intenzív kutatása és fejlesztése folyamatban van. Világszerte számos szereplő – köztük technológiai vállalatok, ipari gyártók és közintézmények – jelentős mértékben fektet be az akkumulátortechnológiák fejlesztésébe és javításába. Nem feltétlenül lesz kvantumugrást jelentő felfedezés – mint amilyen az első lítium-kobalt-oxid akkumulátor volt –, de az idő előrehaladtával a technológia további fejlődésének és jobbá válásának szemtanúi lehetünk.

 

Ha többet szeretne megtudni az elektromos teherautó-akkumulátorokról, érdemes elolvasnia a 7 általános mítosz az elektromos teherautó-akkumulátorokról című cikket. Ha többet szeretne megtudni a régi akkumulátorok újrafelhasználásáról a környezeti hatások csökkentése érdekében, olvassa el A teherautó-akkumulátorok új életre keltése című cikket.

Kapcsolódó betekintés

Az elmúlt évtizedekben különböző akkumulátorvegyületeket fejlesztettek ki és fejlesztettek tovább, és mindegyiknek megvannak a maga egyedi erősségei és gyengeségei. Az adott jármű optimális akkumulátora a jármű igényeitől és működési körülményeitől függ. Ez a jelenleg használt hat fő vegyület:

 

Lítium-kobalt-oxid (LCO)

John B. Goodenough angol kémikus áttörést jelentő felfedezése, amely megalapozta a jövőbeli lítium-ion akkumulátorfejlesztést. Viszonylag rövid élettartama és alacsony hőstabilitása azonban a személyi elektronikára korlátozta felhasználását. Magas kobalttartalma növeli a költségeket és a környezetterhelést is.

Energiakapacitás: 150-200 Wh/kg

Ciklus élettartama: 500-1000 ciklus

Hőmegfutás (az a hőmérséklet, amelynél az akkumulátorcellák kontrollálhatatlan, önmelegedő állapotba kerülnek, és így biztonsági kockázatot jelentenek): 150 °C

 

Lítium-vas-foszfát (LFP)

Az 1996-ban kifejlesztett LFP akkumulátorok jobb biztonságot és hőstabilitást kínálnak az LCO akkumulátorokhoz képest, valamint hosszabb élettartamot biztosítanak. Előállításuk is olcsóbb, és környezetbarátabbak is, mivel nem tartalmaznak kobaltot. Bár energiakapacitásuk viszonylag alacsony más vegyi anyagokhoz képest, egyre gyakrabban használják őket elektromos járművekben.

Energiakapacitás: 90-120 Wh/kg

Ciklus élettartama: +2000

Hőmegfutás: 270 °C

 

Lítium-mangán-oxid (LMO)

Az először 1996-ban kereskedelmi forgalomba hozott LMO akkumulátorok jó hőstabilitást és biztonságot nyújtanak, valamint olcsóbbak az előállítás terén és kisebb a környezeti hatásuk a kobaltalapú vegyületekhez képest. Nagy kisülési sebességet, de viszonylag alacsony energiasűrűséget és rövid élettartamot kínálnak. Ez alkalmassá teszi őket elektromos autókhoz, hibrid autókhoz és elektromos kerékpárokhoz is.

Energiakapacitás: 100-150 Wh/kg

Ciklus élettartama: 300-700

Hőmegfutás: 250°C

 

Lítium-nikkel-mangán-kobalt-oxid (NMC)

A 2001-ben kifejlesztett NMC akkumulátorok jó egyensúlyt kínálnak az energiasűrűség és a biztonság között, így ma az elektromos járműiparban leggyakrabban használt akkumulátorok közé tartoznak. Nagy energiasűrűségük hosszabb hatótávot jelent, és a legmegfelelőbb opcióvá teszi őket a nehéz tehergépjárművek számára. Magas gyártási költségük és környezeti hatásuk miatt azonban az autógyártók egyre gyakrabban használnak olcsóbb LFP-akkumulátorokat, annak ellenére, hogy alacsonyabb az energiasűrűségük.

Energiakapacitás: 150-220 Wh/kg

Ciklus élettartama: 1000-2000

Hőmegfutás: 210 °C

 

Lítium-nikkel-kobalt-alumínium-oxid (NCA)

Az NCA akkumulátorok nagy energiasűrűséget, hosszú élettartamot és kiváló gyorstöltési képességeket kínálnak. Ezeknél azonban nagyobb a hőmegfutás veszélye, különösen magas hőmérséklet vagy túltöltés esetén. Egyes nagy teljesítményű elektromos járművekben használatosak, de használatuk biztonsági megfontolások miatt korlátozott.

Energiakapacitás: 200-260 Wh/kg

Ciklus élettartama: 500

Hőmegfutás: 150 °C

 

Lítium-titanát (LTO)

Az LTO akkumulátorok az egyik legbiztonságosabb lítium-ion kémia a piacon, kiváló termikus stabilitással. Gyors töltési képességet és hosszú életciklust kínálnak. Ez előnyös választássá teszi őket a rövid és gyakori feltöltést igénylő elektromos járművek, például tömegközlekedési járművek számára. Energiakapacitásuk azonban alacsony, előállításuk költséges.

Energiakapacitás: 50-80 Wh/kg

Ciklus élettartama: 3000-7000

Hőmegfutás: 280 °C
 

Források: Battery University, Elements, Dragonfly, Flash Battery