Hibrid megoldáson dolgozik a Tesla

Aki megtapasztalja a villanymotorral hajtott autó kedvező tulajdonságait, dinamikáját, már nehezen ül vissza egy füstölő, berregő autókba. A mai akkumulátorok azonban nem, vagy nagyon drágán tudnak minden felhasználó számára megfelelő hatótávot biztosítani. A hibrid, különösen a konnektorról is tölthető PHEV járművek a tisztán elektromos autózás előszobájának tekinthetők. Ilyen típust választva azok is tiszta üzemben autózhatnak a városokban, akik a hosszabb utakra még nem merik vállalni a tisztán elektromos autót. Sokan félnek a lemerüléstől vagy egyszerűen nem akarnak 2-300 kilométerenként rászánni 20-30 percet a töltésre.

A villanyautók hatótávja úgy növekszik évről évre, hogy az akkumulátor fizikai mérete nem növekszik, sőt a tömegük is csak a kapacitásnál jóval kisebb mértékben. Jó példa erre például a Nissan Leaf, melynek 10 évvel ezelőtti, első generációs 24 kWh kapacitású akkuja azonos méretű „dobozba” van beépítve, mint a legújabb 62 kWh-ás csomag. A megoldást az energiasűrűség növelése jelenti.

A konnektoros hibridek általában 30-50 kilométeres elektromos hatótávval rendelkeznek, ezért ezektől meg kell különböztetni a hatótávnövelővel ellátott elektromos autókat, melyek hatótávja már a kortárs villanyautókkal összevethető. A legismertebb hatótávnövelővel ellátott villanyautó a BMW i3 REX változata. Ennél a típusnál egy korábban robogóban használt 650 köbcentis benzinmotor tölti az akkumulátorokat a hosszabb utak során. Kisipari átépítésként Ausztriában felmerült már egy hatótávnövelő benzinmotor beépítése a Model 3 első csomagtérbe.

A Tesla akkumulátor fejlesztéssel foglalkozó szakemberei is elkezdtek egyfajta hibrid megoldáson dolgozni és az eredmények biztatók. Aggodalomra semmi ok, a hibrid Tesla nem fog füstölni. Jelen esetben ugyanis egy hibrid akkumulátorról beszélhetünk.

Az akkumulátorok kémiai összetétele évről-évre változik. A fejlesztők folyamatosan keresik a legolcsóbb és leghatékonyabb megoldást. Igyekeznek a drágább összetevőket egyéb anyagokkal helyettesíteni, úgy, hogy az ne menjen az energiasűrűség vagy az élettartam rovására. Persze az energiasűrűség – legalábbis a tudomány mai állása szerint – nem növelhető tetszőleges mértékben. Büntetlenül biztosan nem. A legtöbb esetben a cellagyártók kénytelenek kompromisszumokat kötni. Gyárthatnának olcsó, nagy energiasűrűségű, gyorsan tölthető, nagy kapacitású, biztonságos és tartós akkumulátort, de sajnos az előbbi feltételek teljesítése egymással gyakran ellentétben állnak. Egy akkumulátor lehet könnyű, nagy kapacitású és gyorsan tölthető, de akkor drága is lesz. Lehet olcsóbb is, ezzel persze csökken a kapacitás, növekszik a tömeg vagy oda az impozáns töltési teljesítmény.

EZT OLVASTAD MÁR?  Újabb Land Rover terepjáróra tettek töltőcsatlakozót

Jeff Dahn neve már minden bizonnyal ismerős a rendszeres olvasóknak. Az akku-guru csapatával a Tesla számára fejleszt akkumulátorokat. Ezúttal a Matthew Genovese, A.J.Louli, Rochelle Weber és Cameron Martin alkotta csapattal publikáltak egy érdekes, hibrid megoldást. 

A Joule című tudományos magazinban megjelent cikkben egy új típusú akkumulátor celláról írnak, amely a Li-Ion cellák hosszú élettartamát ötvözné a lítium-fém cellák nagy energiasűrűségével.

„Az akkumulátorok energiasűrűségének növelése csökkenti az elektromos járművek árát és nagyobb hatótávot tesznek elérhetővé. Amennyiben egy hagyományos lítium-ion cellában lecserélik a grafit-anódot lítium-fémre, azzal jelentősen növelhető az energiasűrűség. Sajnos a lítium-fém anódok jellemzője a gyors kapacitásvesztés és a rövid cella-élettartam. Nagyobb energiatartalmú és hosszabb élettartamú cellák kifejlesztéséhez egy hibrid lítium-ion/lítium-fém cellát javaslunk, amelyet úgy érhetünk el, hogy szándékosan lítium-fém lemezeket alakítunk ki a grafiton. Noha lítium lemezek kialakulása a degradációs folyamat nem kívánt jellemzője a hagyományos lítium-ion cellák esetében, a megoldásunk egy megfordítható lítium lemez kialakítás a grafiton optimalizált kettős só elektrolit jelenlétében. Mivel az akkumulátorokat ritkán használják 100%-ra töltött ciklusban, így ezeket a hibrid cellákat az élettartamuk jelentős részében lítium-ion üzemmódban lehet használni, csupán alkalmanként teljesen feltöltve, ilyenkor kihasználva a lítium-fém ciklusok előnyeit.”

A tanulmányban konkrét adatokat is olvashatunk. Ha egy hagyományos lítium-ion akkumulátorral felszerelt elektromos jármű hatótávja 400 km, akkor ugyanez az autó hibrid cellákkal 480 km hatótávolságra lesz képes. Ha a hibrid cellák felső határfeszültségét lecsökkentik a lítium-ion üzemmódban működéshez megfelelő mértékben, akkor csökken az átlagos cellafeszültség és a leadott kapacitás. Ennek eredményeként egy hibrid cella lítium-ion üzemmódban történő működtetése 530 Wh/l energiasűrűséget eredményez, amely körülbelül 25%-kal alacsonyabb, mint egy hagyományos lítium-ion cella. Így az autó hatótávja 300 km-re csökken.

Egy az elektromos autók használatát vizsgáló kutatás arra a következtetésre jutott, hogy átlagosan csupán az utazások 1%-a hosszabb 325 kilométernél. Ezért a hibrid cellák többnyire (akár élettartamuk 99%-ában) lítium-ion üzemmódban lennének használhatók annak ellenére, hogy ez csak 300 km hatótávolságot tesz lehetővé. Az akku lítium-fém részét csak a hosszabb utakon használnák ki.

EZT OLVASTAD MÁR?  Így lehet nagyobb akkud a 10 éves Leafben
Jeff Dahn hibrid akkuja a lítium-fém akku nagy energiasűrűségét kombinálja a lítium-ion akku hosszú élettartamával (forrás: Electrek)

A megoldás lényege tehát az, hogy a hibrid akkumulátor maximális feszültségét korlátozva úgy viselkedik, mint egy lítium-ion akku, így az élettartama hosszú. Azonban a korlátozott feszültség mellékhatásaként az autó hatótávja sem éri el a maximumot. A hétköznapok során tehát csak az akku kapacitásának középső felét használnánk ki.

Amikor pedig hosszú hatótávra van szükség teljesen feltölthetjük az akkut, így nagyobb hatótávot kapunk. Ebben az esetben az élettartam rövidül, ez azonban nem probléma, hiszen ha évente csupán tucatnyi esetben kell kihasználnunk a teljes kapacitást, akkor így sem fog tönkre menni az akku az autó selejtezéséig.

A megoldás természetesen fegyelmezett, a hatótávot feleslegesen nem maximalizáló felhasználási módot igényel. Ha valaki minden nap – teljesen indokolatlanul – 100%-ra tölti az ilyen hibrid cellákkal felszerelt autóját, számára nem lesz hosszú életű az újszerű akkumulátor. A Tesla esetében azonban bízhatunk abban, hogy az autó szoftvere támogatja majd az akku kímélő használati módot.

Végül azt is meg kell említenünk, hogy a hibrid akku egyelőre csak laboratóriumban létezik, a megoldás azonban kétségtelenül ötletes. Amennyiben megvalósul, akkor olcsóbban kaphatunk majd nagyobb hatótávú autókat, amihez mindössze annyi áldozatot kell hoznunk, hogy csak akkor töltsük 100%-ra az akkut, amikor valóban szükségünk van a teljes hatótávra.

Elektromos autót használsz?

Szűcs Gábor

2017 óta aktív villanyautós, a Villanyautósok Közösségének oszlopos tagja, a miskolci találkozók szervezője. Környezettudatos családapaként nem csak az autó üzemanyagát, de a háztartás fogyasztását is igyekszik otthon, a háztetőn (áram) és a kertben (zöldség, gyümölcs) megtermelni. Mert nem mindegy, hogy mit eszünk meg és milyen levegőt szívunk be.