Magyar fejlesztésű anód duplázhatja az akkumulátorok energiasűrűségét

Új technológiai megoldással forradalmasítaná az akkumulátorgyártást egy magyar startup, amiről ma délelőtt a budapesti Planet Expo rendezvényen rántották le a leplet. A másfél évtizedes kutatás-fejlesztési projekt eredményeként ma már szabadalmi védelmet is élvező újítás nem kevesebbet ígér, mint hogy megduplázza az akkumulátorok volumetrikus energiasűrűségét. Na és persze a jelenleginél jóval tisztább és egyszerűbb gyártástechnológia miatt a megoldás elterjedéséből a környezet is profitálhat.

Az akkumulátor a következő évtizedek egyik legfontosabb eszköze lesz, ha csökkenteni szeretnénk az energiaellátásunk és közlekedésünk jelenlegi problémáit. Ennek eredményeként a világ számos pontján óriási összegeket ölnek az újabb és újabb technológiák fejlesztésébe. Ezek egy jelentős része a folyékony elektrolitot helyettesítő szilárd megoldások, illetve a katód kémiájának illetve gyártástechnológiájának javítása körül zajlik. A jellemzően réz fóliára felvitt grafit anód  ritkábban kerül a reflektorfénybe. Pedig az Edortech Kft. vezetője szerint ennek a jellemzői már ma is jelentősen korlátozzák az akkumulátorok energiatárolási képességeit. Éppen ezért kezdték még 2010-ben az anód kutatásával a munkát, így a most ONLi néven bemutatott technológia alkalmas lehet a mai akkumulátorok volumetrikus energiasűrűségének a duplázására.

Dr. Vida Ádám, az Edortech Kft. ügyvezetője

Az ONLi egy magyar szójáték, ugyanis az első két betű a magyar ón szóra, az utolsó kettő pedig a lítiumra utal. A fejlesztés lényege ugyanis, hogy az anód gyártásakor kötőanyag és oldószer használatával a rézfóliára felvitt grafitot elektrokémiai eljárással felvitt ón ötvözetre cserélik. Az ón nemcsak nagyobb energiasűrűséget ígér, de bőségesen elérhető akár Európában is. A technológiával akár 350 Wh/kg-os gravimetrikus és 1168 Wh/l-es volumetrikus energiasűrűség is elérhető. Ez utóbbi adat nagyjából duplája a ma elérhető lítiumion-cellák hasonló adatának, ami praktikusan azt jelenti, hogy az ONLi anódos cellákból fele akkora helyre beépíthető ugyanakkora energiatároló képesség, mint a most elterjedt cellákból.

A bevonatolás során nincs szükség por formátumú alapanyagra, ragasztóra és oldószerre (NMP), az elektrokémiai eljárás – lényegében galvanizálás – során a rézfólia elektrolitfürdőbe kerül, ahol külső áram hatására az ón kiválik a réz felületen, nagyon erős kötést létrehozva. Az így kialakított réteg 6-20 μm vastag (jóval vékonyabb, mint az elterjedt 70-100 μm-es hagyományos grafit réteg), és a leválása is sokkal kevésbé valószínű, mint a grafitos anód esetén. A gyártás energiaigénye 20-40%-kal kisebb, a vízfelhasználás pedig elhanyagolható. A teljesen fémes kötésnek köszönhetően az elektromos és hővezető képessége nagyságrendekkel jobb, mint a por alapú anódoké, így ez jótékony hatással lehet a töltési sebességre is.

Az ONLi anód kompatibilis a ma elterjedt akkumulátorgyártási technológiákkal, így beilleszthető a már meglévő akkumulátorgyártási folyamatokba. A technológia egyaránt alkalmazható lítiumion- és nátriumion-akkumulátorokban és nem kényes a katód anyagára sem (akár LFP akár NMC). Nátriumion-akkumulátoroknál még nagyobb lehet az ón bevonatos anódok jelentősége, mivel a nátriumionok nagyobbak a lítiumnál, így a grafitba még nehezebben épülnek be. De nincs megkötés a cella formátumával kapcsolatosan sem. A prototípus fázisban gombelemeket és hengeres cellákat készítettek, de a validálást végző cellagyártó partnereik tasakos és prizmatikus cellákban is tesztelik az anódot. Az Edortech állítása szerint a gyártási költség 6 GWh/év gyártási volumen mellett rendkívül versenyképes.

Az ón anódként való felhasználása nem új az akkumulátorkutatásban. Már a lítium-ion akkumulátor fejlesztésének kezdeti szakaszában is felmerült a használata, de a töltés-kisütés során fellépő jelentős térfogatváltozás illetve az ebből eredő repedések miatt a kutatások a 90-es években megakadtak. A továbblépési lehetőséget a nanostruktúrák és bevonatok megjelenése tette lehetővé, amivel kizárhatók vagy csökkenthetők a negatív mellékhatások. Lak György Bálint, az Edortech technológiai vezetője a technológiával kapcsolatos negatívumként az ón árának volatilitását illetve az olcsó energia hiányát jelölte meg. Hogy a térfogatváltozásból eredő repedéseket miként küszöbölték ki, arról sem az előadásban, sem az azt követő beszélgetés során nem esett szó. A repedezést más projektekben nanostrukturált ón-oxidok vagy speciális ötvözet-mátrixok alkalmazásával szokták megelőzni.

Dr. Lak György Bálint, az Edortech Kft. technológiai vezetője (balra) és Dr. Vida Ádám a cég ügyvezetője

A NASA által kifejlesztett Technológiai Érettségi Szintet jelölő (Technology Readiness Level, TRL) skálán az ONLi a TRL 6-os szinten áll, tehát elkészültek a prototípusok, amiket releváns környezetben tudnak demonstrálni (a TRL-szintekről ebben a cikkünkben írtunk részletesebben). A következő lépés, hogy valós felhasználási körülmények között is bemutassák, illetve hogy elkészüljön a nagyobb volumenű előállítást biztosító gyártósor. A cél egy 1000 tonna/év kapacitású üzem felépítése több kisebb, 100 tonna/év kapacitású sor beüzemelésével, ami rugalmasságot és skálázhatóságot biztosít a gyártás során. A technológia iránt Vida Ádám, az Edortech elmondása szerint a cellagyártók mellett olyan autógyártók is érdeklődnek, mint a Tesla vagy a BMW.

Antalóczy Tibor

A Villanyautósok.hu alapítója és főszerkesztője, e-mobilitás szakértő. 2014 óta elektromos autó használó, és külső tanácsadóként számtalan hazai elektromobilitási projekt aktív segítője.