Megduplázódhat a villanyautók hatótávja a következő években

Az akkumulátoripar berkein belül létezik egy megfigyelés, amely szerint az akkumulátorok energiasűrűsége évente átlagosan 5-8%-kal növekszik. Nem éppen egy Moore törvénye, de azért mégis exponenciális növekedésről van szó, ami hosszabb időtávon elég látványos tud lenni.

Ez az elmélet szépen hangzik ugyan, de a gyakorlatban a fizika mindig határt szab az energiasűrűség növekedésének, ami előbb-utóbb egy áttörhetetlen falba kell hogy ütközzön. Hogyan számíthatnánk akkor a trend folytatódására?

A mondás szerint csak egy dolog állandó: a változás. Az akkumulátorok mögött álló kémia is állandóan változik, ezért amikor egy adott technológia eléri a határait, jön egy újabb, és folytatódhat tovább a fejlődés.

Az ősidők óta használt savas ólomakkumulátorokat (45 Wh/kg) a nikkel-kadmium akkumulátorok váltották (60 Wh/kg), majd jöttek a nikkel-metál-hidrid akkumulátorok (90 Wh/kg), legutóbb pedig a lítiumion akkumulátorok futottak be (280 Wh/kg). Túl nagy a gazdasági ösztönző az egyre jobb, és egyre nagyobb kapacitású akumulátorok kifejlesztésére: aki sikeresen innovál, mesés vagyonra tehet szert.

Kép: Villanyautósok

A jelenleg piacon lévő és volumenben gyártott akkumulátorok közül a legjobbak energiasűrűsége valahol 250-280 Wh/kg között jár, persze kisebb mennyiségben lehet ennél jobbat is találni. Fontos azonban kiemelni, hogy itt a cella-szintű energiasűrűségről van szó, ám a kémia csak a varázslat egyik fele, a celláknak a járművekbe történő integrálása során további jelentős súlylefaragás érhető el, így tehát az energiasűrűség két irányból kiindulva is javítható.

#China #NEV May installed cell per highest density – Top 20.#CATL: 279.56 Wh/kg
SKI: 269.44 Wh/kg
LG Chem: 257.10 Wh/kg
(EV Observer) pic.twitter.com/IHD4U50P6Y

— Moneyball (@DKurac) June 10, 2020

Az energiasűrűség egy másik mérőszáma a volumetrikus energiasűrűség, amely az akkupakkok térfogatát határozza meg. Néhány héttel ezelőtt számoltunk be arról, hogy az akkupakkok volumetrikus energiasűrűsége 12 év alatt a nyolcszorosára nőtt, ami nem lett volna lehetséges, ha a kémiával párhuzamosan nem javult volna a cellák járművekbe történő integrálása is.

Ha alapul vesszük a jelenlegi 250-280 Wh/kg-os cella-szintű energiasűrűséget, és az éves 5-8%-os növekedést, kiszámolhatjuk, hogy tíz év múlva körülbelül hol fog majd tartani az akkori csúcstechnológia.

A fejlődés természetesen nem egy egyenes vonalat követve zajlik, vannak egy helyben toporgó szakaszok, és hirtelen ugrások, de tíz éves időtávon ezek már aránylag jól kiegyenlítik egymást.

A fentebbi számok alapján 2032-re a piacon elérhető legjobb cellák gravimetrikus energiasűrűsége 400 – 600 Wh/kg, a mostani duplája lehet, ha pedig a jelenleginél jobb akkupakkokat tervezünk, akkor az elérhető hatótáv még ennél is nagyobb mértékben nőhet.

Hétköznapi nyelvre lefordítva ez azt jelenti, hogy az elektromos autók hatótávja a duplájára fog növekedni a következő tíz évben. Egy Tesla Model 3 LR hatótávja például a mostani 500-600 km-ről 1000-1200 km-re nőhet, ami még télen, autópálya-tempó mellett is eléri a 600 km-t, vagyis egy feltöltéssel hosszában átszelhető lesz egész Magyarország.

A jelenség nem lenne egyedülálló, hiszen az elmúlt tíz évben az Egyesült Államokban kapható elektromos autók maximális és medián hatótávja is megtöbbszöröződött.

Forrás: energy.gov

Mégis mi alapján gondolhatjuk, hogy az energiasűrűség növekvő trendje fennmarad a következő tíz évben is?

Viszonylag sok nyilvánosan elérhető információ áll rendelkezésünkre arról, hogy milyen kutatási irányok léteznek az akkumulátortechnológia terén, és azok a TRL skála mely fokán állnak, továbbá arról is elég jó elképzeléssel rendelkezünk, hogy mennyi időre van szüksége egy adott szinten álló fejlesztésnek a piacra kerüléshez. A TRL szintekről, és a laboratóriumi kutatások piacra jutásának időigényéről ebben a cikkünkben írtunk részletesebben:

Mikorra lesz megvásárolható termék egy laboratóriumi felfedezésből?

Minden kutatás-fejlesztéssel foglalkozó cég rendelkezik saját fejlesztési ütemtervvel, az alábbi például a világ legnagyobb akkumulátorgyártójának, a CATL-nek a 2030-ig előretekintő ütemterve, amely még jó néhány évvel ezelőtt készült.

Forrás: CATL

Egy korábbi cikkünkben írtunk a Solid Power fejlesztéseiről, az amerikai cég 2026-ra, azaz a piacra lépés tervezett évére 390 Wh/kg-os energiasűrűséget vár a szilícium-anódos, szilárd elektrolitos celláitól.

Egy másik cikkünkben pedig arról írtunk, hogy a kaliforniai székhelyű Amprius már leszállította az első szilícium nanoszálas akkumulátorcelláit egy műholdakat gyártó cégnek, melyeknek az energiasűrűsége 450 Wh/kg.

A BATTERY 2030+, egy az EU által indított kezdeményezés a járműgyártás kiszolgálását célzó fejlesztési ütemtervekből készített egy átfogóbb jellegű grafikont, bár természetesen minden egyes fejlesztés nem kerülhetett fel rá.

Forrás: Battery 2030+

Ebből az ábrából kiderül, hogy a fejlesztők 2025-re már 300 Wh/kg fölötti, 2030-ra pedig 4-500 Wh/kg körüli energiasűrűséget várnak a csúcskategóriás cellák esetében, ami történetesen egybevág a 2032-re vonatkozó fentebbi számításunkkal is.

Az akkumulátorok energiasűrűségének egy évtizeden belül történő megduplázódása jelentős hatással lesz a jövőnkre, melynek mértékét ma még megbecsülni is nehéz.

Az 1000 km feletti hatótávval rendelkező, 10-12 perc alatt 6-800 kilométernyi hatótávnak megfelelő energiát magukba szívni képes villanyautók megjelenése az elektromos autókkal szembeni egyik legfontosabb pszichés gátat fogja lebontani, ami radikálisan felgyorsítja a villanyautók elterjedését.

Egy Tesla Semi ma 500 mérföldes hatótávot ígér, ami nem minden esetben elegendő, de egy 1000 mérföldes, azaz 1600 km-es hatótávval rendelkező elektromos kamion már bármilyen hosszúságú útvonalon használható alternatívát fog jelenteni. A duplázódó hatótávnak köszönhetően a távolsági buszjáratok is megoldhatóak lesznek elektromos autóbuszok segítségével. Már ma is léteznek elektromos kisrepülőgépek, a növekvő energiasűrűségnek köszönhetően egyre nagyobbak lesznek, és egyre nagyobb távolságokat lesznek képesek megtenni, de ugyanez elmondható a hajózásról is.

Az energiasűrűség növekedése a gyártási költségekre is pozitív hatással van, hiszen a dupla energiasűrűség azt jelenti, hogy egységnyi mennyiségű alapanyagból kétszer akkora akkumulátorkapacitást lehet előállítani, illetve egy gyártósor egy óra alatt kétszer annyi értéket képes előállítani, vagyis három fontos költségelem csökkenésével lehet számolni: az alapanyag, az energia és a tőke költsége is alacsonyabb lesz fajlagosan nézve. A nagyobb hatótáv az alacsonyabb költségekkel karöltve pedig még inkább felgyorsítja az elektromobilitásra történő átállást, ráadásul a költségcsökkenés segíteni fogja az energiatárolás terjedését, ami pedig áttételesen a megújuló energia felhasználásának növekedését is lehetővé teszi. Sok-sok apró fejlesztés egymásra épülve bizony igen csak mélyreható változásokat képes előidézni.

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.