Ennyit fejlődtek a lítiumion-akkumulátorok 30 év alatt

A mindennapok során rengeteg akkumulátor vesz minket körbe: ott vannak az okos eszközökben, a telefonokban, a szerszámgépekben, a kerékpárokban, az autókban, mindenütt. Miközben természetesnek vesszük a létezésüket, igazán talán bele sem gondolunk, hogy mekkora fejlődésen mentek keresztül alig egy emberöltő alatt.

A lítiumion-akkumulátorok Akira Yoshino szerint – aki a technológia egyik atyjának tekinthető – 1986-ban születtek meg, miután a korai prototípusok sikeresen átestek a biztonsági teszteken. Azóta a lítiumion-cellák teljesítménye jelentősen javult, és az energiasűrűségük több mint a háromszorosára nőtt. A Sony által 1991-ben elsőként piacra dobott cellák energiasűrűsége még csupán 80 Wh/kg volt, ez az értékek azonban ma már meghaladja a 270 Wh/kg-ot.

A vízszintes tengely a világon valaha legyártott összes akkumulátor kumulatív kapacitását mutatja logaritmikus skálán. A függőleges tengely az egy kWh-ra eső fajlagos költségeket mutatja dollárban kifejezve, szintén logaritmikus skálán. A sárga pontok az elektronikai eszközökben felhasznált akkumulátorok, a kék háromszögek pedig az elektromos autók számára gyártott cellákat árát jelöli. Kép: James T. Firth – A non-academic perspective on the future of lithium-based batteries

A 90-es években mai szemmel nézve még hihetetlenül kis mennyiségben gyártottak lítiumos akkumulátorokat, a globális piac megawattórákban volt mérhető egészen az ezredfordulóig. Ehhez képest ma egy valamire való akkumulátorgyár legalább évi 10 GWh-s kapacitással rendelkezik.

A tömegtermelés hozzájárult a cellák árának erőteljes csökkenéséhez, amely az 1991-es kb. 5000 dollár/kWh-ról kb 100 dollár/kWh-ra csökkent 2021-re. Az okostelefonok piacának 2007 körüli berobbanása is az alacsony költségű és nagy energiasűrűségű celláknak köszönhető.

A végén mindig Theodore P. Wright nevet

A költség- és teljesítményjavulást a cellakémia, az akkupakk és a gyártási folyamatok fejlesztései eredményezték. A Sony 1991-ben hozta kereskedelmi forgalomba a lítium-kobalt-oxid (LCO) katódot és szénalapú anódot használó cellákat, amelyekben a kobalt tömegarányosan a pozitív elektróda aktív anyagának 60 százalékát tette ki.

A mai nagy energiasűrűségű cellákban már magas nikkel- és alacsony kobalttartalmú katódanyagokat használnak fel, így például az NMC811 tömegarányosan csak 6 százaléknyi kobaltot tartalmaz. E kritikus nyersanyag mennyiségének csökkentése önmagában több, mint 50%-os csökkenést eredményezett a nyersanyag- és feldolgozási költségekben.

Az utóbbi néhány évben az olcsó lítium-vasfoszfát (LFP) katódanyagok felhasználása, illetve a cell-to-pack technológia bevezetése ért el hasonló eredményeket. Ebben a konfigurációban egy 160 Wh/kg gravimetrikus és 330 Wh/L volumetrikus energiasűrűséggel rendelkező LFP-alapú cella 135 Wh/kg és 210 Wh/L energiasűrűséget eredményezhet a pakkok szintjén. Ez 64%-os „csomagolási hatékonyságot” jelent térfogat alapon, szemben a korábbi standard akkupakkok 35-40%-os hatékonyságával. Ezeknek az LFP alapú cell-to-pack rendszereknek az alacsonyabb ár mellett megvan még az az előnyük is, hogy az NMC kémiához képest biztonságosabbak, és jóval ritkábban gyulladnak ki.

Mivel a lítiumion-akkumulátorok és a katódok jelenlegi generációja, azaz az interkalációs reakciókon alapuló elektródák lassan elérik elméleti határaikat, a gyártók és a kutatók más kulcsfontosságú összetevőkre és feldolgozási technikákra összpontosítanak. A magas szilíciumtartalmú, illetve a fém anódok, a szilárd elektrolitok és a száraz elektródás gyártási eljárások középtávon (5-10 év) további költségcsökkenést és teljesítménynövekedést ígérnek, így nem kell attól tartanunk, hogy belátható időn belül megtorpanna a fejlődés.

Megduplázódhat a villanyautók hatótávja a következő években

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.