Szilárdtest-akkumulátorok: GWh-s gyártási kapacitás van kiépülőben

Már az idén elérheti a szilárdtest-akkumulátorok globális gyártási kapacitása az 1 GWh-t, ami 2030-ig 250 GWh-ra emelkedhet a Benchmark Mineral Intelligence márciusban kiadott jelentése szerint. A legújabb fejlesztések egy éven belül elhagyhatják a laboratóriumokat, és bekerülhetnek az első (teszt)autókba, ami jelentős előrelépés a könnyebb, biztonságosabb, és nagyobb hatótávolságot ígérő szilárdtest-akkumulátorok piacra lépésének folyamatában.

A szilárdtest-akkumulátorok szilárd elektrolittal helyettesítik a hagyományos lítiumion-akkumulátorokban alkalmazott gyúlékony és toxikus folyékony elektrolitot, ami nagyobb biztonságot, nagyobb energiasűrűséget, hosszabb élettartamot és rövidebb töltési időt ígér a felhasználók számára.

Rory McNulty, a Benchmark elemzője szerint a szilárdtest-akkumulátorok gyártási kapacitása idén új szintre lép, miután eléri az 1 GWh-t, és úgy véli, hogy 2024-re már jó pár, a területen aktív szereplő fog majd külön-külön is gigawattórás nagyságrendű gyártási kapacitással rendelkezni.

Az 1 GWh-s mérföldkő idei elérése elsősorban két nagy gyártó, a tajvani ProLogium és a francia Blue Solutions (Bolloré) kapacitásbővítéseinek köszönhető.

Kép: ProLogium

Jelenleg a Bolloré leányvállalataként működő Blue Solutions a legnagyobb szereplő a piacon évi 600 MWh-s gyártási kapacitással, ami jövőre 2 GWh-ra fog nőni a Benchmark szerint. A Blue Solutions polimer alapú szilárd elektrolitot használ, de McNulty előrejelzése szerint a világpiacon ebben az évtizedben inkább az oxid- és a szulfid-alapú megoldások lesznek majd elterjedtebbek.

A 2006-ban alapított tajvani ProLogium is kapacitásbővítést folytat, melynek eredményeként jövőre már 1 GWh fölé fog emelkedni a gyártási potenciálja. A cég oxid-alapú kerámia elektrolitot, illetve magas nikkel tartalmú NMC katódot, és lítium-fém anódot alkalmaz celláiban. A ProLogium két ázsiai EV-gyártó, a NIO, és a vietnámi VinFast mellett a Mercedesszel lépett partnerségre.

A vállalat első, 40 MWh/év kapacitású gyártósora 2017-ben kezdte meg a termelést, ám ezek a cellák még hordozható eszközökbe kerültek. Az új, nagykapacitású gyártósor már lehetővé fogja tenni az autóipar kiszolgálását is. A cég igazgatójának két évvel ezelőtti nyilatkozata szerint a celláik energiasűrűsége akkor 230 Wh/kg-nál tartott, ami hasonló a hagyományos cellákéhoz. A töltési sebesség, és a biztonság tekintetében azonban már a ProLogium termékénél az előny. Az 1 GWh hozzávetőleg évi 10-20 ezer autóhoz lenne elegendő, tehát nagy számokra azért még itt sem kell gondolni, és a termelés tényleges felfuttatása is csak 2024-re fog megvalósulni. Más szóval ezek a cellák alapvetően tesztelési célokat fognak szolgálni, és amennyiben egy autógyártó a hosszú távú, nagyobb volumenű beszerzés mellett dönt, erre a célra vegyesvállalatokat hoznak létre az érintett felek.

A tajvani cég a tavaly ősszel végrehajtott 326 millió dolláros tőkebevonásnak köszönhetően a következő néhány évben az európai és az amerikai kontinensen bővítheti tovább gyárainak sorát, és az évtized második felében már a piacon lehetnek az általuk gyártott cellákkal ellátott elektromos autók.

A Samsung SDI 6500 m²-es, a szilárdtest-akkumulátorok fejlesztését szolgáló kutatóközpontjának és kísérleti gyártósorának kivitelezési munkái március közepén indultak, így néhány éven belül Koreában is megkezdődhet a próbagyártás.

A szilárdtest-akkumulátorokat fejlesztő kínai startup, a Csing Tao szintén idén márciusban kezdte el építeni a 710 millió eurós beruházásból megvalósítandó üzemét, ami terveik szerint a végső fázisában a 10 GWh-s kapacitást is el fogja érni. A termékeikről annyit lehet tudni, hogy a BAIC néhány prototípusában már tesztelte a Csing Tao által készített tasakos cellákat.

Amerikában a coloradói székhelyű Solid Power számít a legnagyobb játékosnak, melynek befektetői között megtalálhatjuk a Fordot, a BMW-t és az SK Innovationt. A cég a kísérleti gyártósorával már képes 0,2, 2 és 20 Ah-s szilícium anódos szilárd elektrolitos cellák sorozatgyártására. A tőzsdefelügyelethez a napokban benyújtott dokumentum szerint jelenleg egy második gyártósor telepítésén dolgoznak, amely az év második felétől 60-100 Ah-s cellákat fog gyártani elektromos autók számára. Az itt gyártott cellákat a Solid Power az idei év végén kezdi el kiszállítani a partnereinek, akik megkezdhetik azok tesztelését, mielőtt – 2024 környékén – a tesztautókba is bekerülnének.

Az elsőként forgalomba kerülő szilícium anódos celláik 390 Wh/kg-os energiasűrűséget, 1000 ciklust meghaladó élettartamot, és 15 perces töltési időt ígérnek (10%-ról 90%-ra).

Képp: Solid Power

Ezzel párhuzamosan egy másik üzemük is épül, ahol szulfid alapú, fémes lítium anódot alkalmazó cellákat fognak gyártani, ez az egység még idén megkezdi működését. Mindkét termékkel kapcsolatban kiemelendő azonban, hogy egyelőre csak próbagyártásról van szó, illetve mintapéldányok szállításáról, amelyeket a partnereik is tesztelhetnek. A következő lépés a többéves, kiterjedt tesztelés, és ezzel kapcsolatban a technológia továbbfejlesztése, mielőtt az évtized második felében valós kereskedelmi forgalomban is megjelenhetnek a Solid Power cellái.

Ezeken a lépéseken keresztül vezet az út a laboratóriumtól a kereskedelmi célú sorozatgyártásig:

Pre A-Sample: a laboratóriumi kísérletezés, és a prototípus megalkotásának fázisa.
A-Sample: ebben a fázisban 1500 – 2000 cella legyártása*, és laboratóriumi tesztelése történik meg, a cél pedig az, hogy a fázis végére az elvárt specifikációk 80-90%-át teljesíteni tudják a cellák. A termékdizájn még nem végleges.
B-Sample: 3 – 5000 cella legyártása és tesztelése történik,* a fázis végére a terméknek 100%-ban meg kell felelnie az elvárt specifikációknak, és véglegesítik a termékdizájnt. Megtörténik a cellák modulokba és pakkokba integrálása.
C-Sample: Ebben a fázisban a véglegesített, sorozatgyártásra szánt cellákat már autókba beépítve tesztelik.
D-Sample: A végső szakaszban a gyártósorok maximális teljesítménye mellett előállított cellák tesztelése, illetve a gyártási folyamatok auditálása is megtörténik. Kezdődhet a kereskedelmi célú termelés.

Egy-egy fázis 1-1,5 évet ölel fel.

Klikk a nagyobb képért. Forrás: Solid Power

* A Solid Power esetében. Forrás.

A beszállítók sem szeretnének lemaradni a gyártók mögött, így a koreai POSCO JK Solid Solution is megkezdte a saját üzemének építését. Az év végéig elkészülő beruházás nyomán a vállalat évi 24 tonna szilárd elektrolitot lesz képes előállítani, ami 1000 elektromos autóhoz elegendő. Szerény mennyiségnek tűnhet, de egy-két éven belül aligha lesz szükség többre.

A szilárdtest-akkumulátorok sorozatgyártása már a küszöbön áll, a folyamat azonban, mint az új technológiák esetében ez lenni szokott, fájdalmasan lassú lesz.

A Villanyóra 109. adásában dr. Kun Róberttel, az ELKH Természettudományi Kutatóközpont tudományos főmunkatársával beszélgettünk a szilárdtest-akkumulátorokkal kapcsolatos kérdésekről.

dr. Papp László (Sol Invictus)

Technológiai elemző, és a Villanyautosok.hu csapatának megújuló energiákkal, energiatárolással, illetve piaci trendekkel foglalkozó szakértője. Célja, hogy minél többek számára tegye egyértelművé, hogy a fenntartható jövő gazdaságilag is a legracionálisabb választás.