Mikor jönnek a nátriumos akkumulátorok, és mit várhatunk tőlük?

A CATL 2021-ben jelentette be, hogy két év múlva, azaz idén, megkezdi a nátriumion-akkumulátorok gyártását. A HiNa Battery tavaly novemberben felavatta a saját gyárát, majd néhány hónappal később a JAC Motors bemutatott egy sorozatgyártásra szánt autót, amely a HiNa által fejlesztett nátriumos akkucellákat fogja használni. A BYD esetében is felröppentek olyan pletykák, amelyek szerint hamarosan ők is hasonló lépésre készülnek. A fentieken kívül legalább tucatnyi fejlesztés folyik a területen, ahova rengeteg tőke áramlik, így most már biztosra vehető, hogy jönni fog a lítium alternatíváját jelentő technológia, amely nagy fejlődésen fog átmenni a következő években.

A nátrium a lítiumnál ezerszer gyakoribb elem, ezért olcsóbb, és a geopolitikai kockázatoknak is kevésbé kitett, miközben a gyártástechnológia hasonlóságának köszönhetően ugyanazok a gyártósorok, amelyek a lítiumion-akkumulátorokat készítik, átállíthatóak nátriumra is. Ezeknek az előnyöknek köszönhetően óriásira nőtt a „konyhasóból készíthető akkumulátorok” iránti érdeklődés, különösen azután, hogy a többszörösére emelkedett a lítium ára. Ezzel párhuzamosan, ahogyan az ilyenkor történni szokott, felütötte fejét a hype, ami a befektetőket kereső vállalatoknak jó, mindenki másnak viszont inkább rossz, éppen ezért a következőkben igyekszem egy realisztikusabb képet adni a nátriumion-akkumulátorok piacra történő belépéséről, és a közeljövőben várható fejlődéséről.

Mikor tudom megvásárolni a nátriumion-akkumulátoros autómat?

Az elektromos autó lelke, és legdrágább komponense az akkumulátor, egyetlen komoly autógyártó sem fog tehát új kémiával rendelkező cellákat tenni a járműveibe anélkül, hogy azokat előbb hosszasan és kiterjedt módon tesztelnék, illetve minősítenék. Egy ilyen minősítési eljárás hosszú éveket vesz igénybe, melynek folyamatába a szilárdtest-akkumulátorokban utazó Solid Power prezentációjának segítségével tudunk egy kis betekeintést nyerni.

Kép: Solid Power

A fejlesztést végző cégek már a fejlesztési fázis során készült cellák egy részét is átadják a leendő partnereiknek, hogy tesztelhessék őket. A puding próbája azonban az evés, ezért az autógyártónak a minősítés során olyan cellákra, modulokra és pakkokra van szüksége, amelyek valódi gyártósorokon készültek, hiszen később majd ők is ilyeneket fognak vásárolni. Ez lenne a B-C-D-Sample a fenti ábrán.

Azt nem tudni, hogy ez a folyamat most hol tart az egyes gyártóknál, azt viszont sejthetjük, hogy a CATL fejlesztése 2021-ben már viszonylag előrehaladott állapotban tartott, a HiNa Battery gyártóüzeme pedig tavaly készült el, így ha tippelnem kellene, azt mondanám, hogy valószínűleg a B-sample fázisánál járhatnak. Ez azt jelentené, hogy még akár két év is lehet, mire ténylegesen a piacra kerülhetnek a nátrium-akkus autók.

A jóval egyszerűbb, olcsóbb elektromos kerékpárok és robogók, illetve az energiatárolók esetében ez akár gyorsabb is lehet. A Pylontech nevű kínai gyártó terméke idén március 3-án szerezte meg a TÜV Rheinland minősítését – ez a világ első olyan nátrium-alapú cellája, amely TÜV-minősítéssel rendelkezik. De a piacra jutás még ezeknél a termékeknél is időigényes dolog, ha minden szükséges tesztet elvégeztek, és minden szükséges papírt megszereztek, egy akkumulátorgyár termelésének felfuttatása akkor is körülbelül két évet vesz igénybe, és a legtöbb gyártósor még csak most épül.

Remélem, hogy tévedek, és a valóság majd rám cáfol, de jelenleg úgy becsülöm, hogy a 2023-as és a 2024-es év alapvetően a gyártási kapacitások fejlesztéséről, a gyártástechnológia finomhangolásáról, a demonstrációs projektekről, a prototípusok teszteléséről, és a minősítési eljárásokról fog szólni, a komolyabb nátrium-akkus termékek pedig leghamarabb csak 2025 táján lesznek elérhetőek a nagyközönség számára, és akkor is csak erősen limitált mennyiségben.

Hogyan állnak a fejlesztések?

A közeljövőben piacra kerülő cellák gravimetrikus energiasűrűsége 120 Wh/kg és 160 Wh/kg között mozog, ami nem sokkal marad el a lítium-vasfoszfát (LFP) cellák jelenlegi energiasűrűségétől. A HiNA által fejlesztett akkumulátorcellák energiasűrűség tekintetében most ott tartanak, ahol az LFP tartott 10 évvel ezelőtt.

Forrás.

A gyártók bejelentései szerint a következő generáció 160 és 200 Wh/kg közötti energiasűrűséget lesz képes elérni, ami azért már vetekszik az jelenlegi LFP technológia értékeivel. Azt mondhatjuk tehát, hogy a nátrium lemaradása ezen a téren körülbelül 10 év az LFP-hez képest, persze nagy különbséget jelent, hogy most sokkal több pénz áramlik erre a területre, így akár néhány évet le is faraghat a hátrányából.

Forrás: Wood Mackensie

Ennél a pontnál meg kell jegyezzük, hogy a nagyobb energiasűrűségű akkumulátorok többnyire olyan anyagokat tartalmaznak, mint a nikkel, a kobalt, vagy a vanádium. Akár úgy is mondhatnánk, hogy a nátriumnak is megvan az NMC-ekvivalens termékvonala, ami drágább, de energiasűrűség tekintetében jobb.

A volumetrikus energiasűrűség tekintetében azonban jelentős hátrányban van a nátrium az LFP-hez képest, a különbség majdnem kétszeres (250 Wh/l vs. 450 Wh/l), vagyis az azonos hatótávot nyújtó akkupakk 80%-kal nagyobb helyet igényel. Valószínűleg lesz még előrelépés ezen a fronton is, de a nátriumion-akkumulátorok autókban történő felhasználása mindig kompromisszumot fog igényelni, ami ebben az esetben kisebb utas- vagy csomagteret fog jelenteni.

Forrás: Wood Mackensie

Ami a cellák élettartamát illeti, akár 5000 ciklus feletti számokat is láthatunk, a szünetmentes tápegységeket fejlesztő Natron Energy termékének 50 ezer ciklusa pedig egészen elképesztően magas érték. Amennyiben tehát hinni lehet a gyártóknak, a nátriumos energiatárolók nemcsak olcsók, hanem rendkívül tartósak is lesznek. A magas ciklusszám mellett van még három további előnyös tulajdonságuk: aránylag jól tűrik a hideget/meleget, biztonságosak, és képesek nagy teljesítmény leadására. Ezek együttesen ideálissá teszik a Na-ion akkumulátorokat az energiatárolási és a frekvenciaszabályozási feladatok ellátására, ahol nem számít az energiasűrűség, de akár indító akkumulátorként is megállnák a helyüket.

A Wood Mackenzie készített egy összehasonlító költségbecslést a különböző technológiákról, és azt találták, hogy a CATL által fejlesztett porosz fehér katódanyagot alkalmazó akkumulátorpakkok 33%-kal olcsóbban gyárthatóak az alacsonyabb alapanyagköltségeknek köszönhetően, mint az LFP-s pakkok. Ugyanakkor a potenciálisan nagyobb energiasűrűséggel rendelkező kémiák árelőnye minimális, ezekben ugyanis gyakran – de nem mindig – olyan kritikus fémeket alkalmaznak, mint a kobalt, vagy a nikkel.

Forrás: Wood Mackensie

Persze az alacsonyabb gyártási költségek csak akkor realizálhatóak, ha megvan az ehhez szükséges méretgazdaságosság – néhány GWh/év ehhez kevés lesz.

Ha figyelembe vesszük a gyártási kapacitások kiépítésének, a szükséges minősítések megszerzésének, és a termelés felfuttatásának időigényét, akkor véleményem szerint a nátriumion-akkumulátorok leghamarabb az évtized végére válhatnak majd tényezővé az elektromobilitás és az energiatárolás piacán. De ha olcsó lesz a lítium, akkor talán még ennél is később.

Kína rámozdult a nátriumion-akkumulátorokra

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.