Tudtad, hogy ilyen kevés lítium van a villanyautókban?

A mai akkutechnológia egyik elég rosszul őrzött titka, hogy bár lítiumion-akkumulátorokról szoktunk beszélni, tulajdonképpen a lítiumból van a legkevesebb az akkucellában.

Igazából mindannyian grafit-cellákat használunk.

Nomen est…?

A villanyautók és a kémiai energiatárolók túlnyomó többsége ma már (még?) lítiumion-akkumulátorokkal készül. Néha, hibásan, hallani lítiumion- és LFP akkumulátorokról, mint felosztásról, de utóbbi is lítiumos, az a megkülönböztetés tehát téves.

A Ni-Cd és Ni-MH akkucellák napja már leáldozott – utóbbiakat még ceruzaelemekben azért kapni, de autókba, telefonokba, laptopokba már senki nem rak ilyet. A nátriumion-aksik pedig bár már gyártásban vannak, egyelőre még csak kevés autóba kerültek és jelenleg még nem olcsóbbak az LFP kémiánál. Így előnyük egyelőre nincs, de még lehet, ha felpörög a gyártás.

Tehát belátható időn belül továbbra is lítiumion-akkumulátorokat fogunk használni – igen, akkor is, ha ezek már nem folyékony elektrolittal lesznek töltve, hanem szilárdtest-akksiként készülnek.

De ennek az akkufajtának legfeljebb azért állja meg a helyét az elnevezése, mert a lítiumionok vándorlása a kulcs a működéséhez, ám a közhiedelemmel ellentétben ebből az összetevőből van a legkevesebb benne. Ha az alkotórészek tömegét nézzük, akkor azt mondhatnánk, hogy

ezek mind grafitalapú akkucellák, rengeteg alumíniummal, acéllal, rézzel.

Most találtunk egy ábrát, amely ezt mindennél jobban szemlélteti egy átlagos 60 kWh-s akkupakk példáján keresztül:

Lithium is the salt in the salad.

Lithium ion batteries are actually mostly graphite. pic.twitter.com/zWZwHUcK6T

— The Limiting Factor (@LimitingThe) December 3, 2024

A különböző fémek és ásványok nevei ugyan angolul vannak, de talán különösebb nyelvtudás nélkül is érthetőek a baloldali oszlop elemei, a lítium, kobalt, nikkel, mangán, grafit, alumínium, réz, acél és vas.

Itt talán érdemes megjegyezni, hogy az ábra ugyan nem tér ki erre, de valószínűleg ezek az adatok cellaszinten értendőek, így maga az acélból, alumíniumból és műanyagokból álló akkupakk, a cellák körüli tokozás, a hűtőrendszer, valamint a vezérlés (BMS) nincs benne.

NMC811

Az oszlopok bal szélén az NMC811 jelű kémiát látjuk, amely a ma egyik leggyakrabban használt katódfajta a villanyautók akkumulátorainál. Itt a három betű a nikkel, a mangán és a kobalt rövidítése, a 8:1:1 pedig ezek aránya egymáshoz képest.

Jól látszik, hogy a lítium csak 5 kg az akkucellák 169 kilójából.

A legnagyobb mennyiségben grafit található a cellákban, mégpedig az anód oldalán ami jórészt ebből áll (45 kg), esetleg némi szilíciummal keverve. A katód főbb alkotóelemei a névadó nikkel, mangán és kobalt. Különösen utóbbinak van rossz híre az afrikai kitermelés miatt, de jól látszik, hogy ez is csak nagyjából 5 kg autónként.

NMC523 és 622

Ezek a kémiák inkább korábban voltak divatban, pont a viszonylag magas kobalttartalmuk miatt kezdtek a gyártók elfordulni tőlük. Előnyük az alacsonyabb nikkeltartalom, ám lítiumból, kobaltból és mangánból lényegesen több kell hozzájuk.

A nikkel drága, de fenntarthatóbb a beszerzése, mint a kobalté és nagyon jót tesz az energiasűrűségnek, valamint a töltési teljesítménynek, ezért már most vannak olyan gyártók, amelyek még a 811-nél is magasabb nikkel és alacsonyabb mangán-, illetve kobalttartalommal kísérleteznek.

NCA

A nikkel-kobalt-alumínium aksikat autókban ritkábban használják, inkább energiatárolókban voltak/vannak jelen. A Tesla volt az egyik kivétel, amely a Model S-be és X-be eredetileg ilyen japánban készült Panasonic cellákat szerelt, de hogy a 2021-es nagy frissítés (Palladium) új akkupakkjának is maradt-e NCA a kémiája azt nem tudjuk.

Érdekesség, hogy az NCA-ban jóval kevesebb (2 kg) kobalt van, mint a többi nikkeles keverékben, de ettől nem feltétlenül olcsóbb, mivel nikkelből több kell bele. Egy 60-as akkuhoz 43 kg nikkel is szükséges lehet, miközben lítiumból is 20 százalékkal több, 6 kiló található benne.

LFP

A lítium-vasfoszfát akkucellák az elmúlt évek sztárjai lettek Kínában, ott már uralják a piacot, majdnem ötször annyit gyártanak belőlük, mint az NMC cellákból. Ez részben legalábbis az akkus energiatárolók előretörésének köszönhető, itt ugyanis nem számít az NMC-hez képest mért nagyobb tömeg. De a kínai autókba és a Teslákba is rengeteg kerül belőlük.

A Kínában legyártott akkumulátorok mennyisége. Zöld: NMC, Kék: LFP. Forrás: CnEVPost

Az LFP akkumulátorok gyártásához valamivel több lítium kell – 60 kWh-hoz nagyjából 6 kiló.

Ezekben a cellákban viszont egyetlen gramm nikkel, mangán, vagy kobalt sincs.

Ezzel szemben grafitból és alumíniumból másfélszer, rézből és acélból harmadával több kell bele, mint az NMC-be. Az akkukémia nevéből adódóan ebben bizony vas is van, mégpedig jócskán, 41 kg mennyiségben.

Érdekes megfigyelni, hogy akkucella szinten hogyan alakulnak a tömegek – a fent listázott összetevők kapcsán (ezeken kívül természetesen más is van még a több száz kilós akkupakkban).

Az NMC kémia esetén jól látszik, hogy minél magasabb a nikkel tartalom, annál kevesebb kell mangánból és kobaltból. A csak 28 kg nikkelt tartalmazó NMC523 és a legtöbb, 43 kilónyi nikkelt használó NCA között például 31 kg, 16% a különbség ezek tömegében. Az LFP akkumulátor energiasűrűsége a legalacsonyabb a felsorolásban, 60 kWh-hoz 209 kilónyi szükséges a fenti összetevőkből.

Biró Balázs

A fenntartható közlekedés elkötelezett híve, akit elsősorban a Tesla céltudatos és piacot felforgató tevékenysége rántott magával ebbe a világba, így publikációi elsősorban erre a területre koncentrálnak.