Ezt a cikket a Telex és az autóMAGAZIN együttműködésének keretében olvashatják.
Mindössze 4 millió forintnak megfelelő összegbe kerül Kínában a BYD Seagull nevű mini villanyautó, amelynek ára Európában valóban úgy hangzik, mint egy távol-keleti tündérmese. Bár a Seagull mindössze 3,78 méter hosszú, így is elfér benne négy utas, de érdekesebb, hogy az alapváltozat padlója alatt újfajta, nátriumion-cellakémiával működő akkumulátor található. Ha ez a megoldás elterjed, teljesen megváltoztathatja az olcsó elektromos autók műfaját, mivel gyártása körülbelül 40 százalékkal kevesebbe kerül, mint egy hasonló kapacitású lítiumion-akkumulátoré.
Van ennél lejjebb
A Seagull teljesítménye 55 kilowatt (kb. 75 lóerő), a kínai szabvány szerinti hatótávolsága pedig 305 kilométer. A nekünk viccesen hangzó Sehol belépőmodellje, a helyi piacon mindössze 2,5 millió forintnak megfelelő összegért kínált E10X akkumulátora mindössze 25 kilowattóra kapacitású, és a HiNa nevű cégtől származik, amely a világpiacot vezető CATL-hez hasonlóan néhány hónapja kezdte meg a nátriumion-akkumulátorok gyártását. A BYD ezt a tevékenységet saját leányvállalatára, a Findreamsre bízza, amely erre a célra vegyesvállalatot hozott létre a könnyű elektromos járművek egyik nagy gyártójával.
A nátrium ugyanúgy nagy reakcióképességű alkálifém, mint közeli rokona, a lítium, az az akkumulátoron belül pedig a folyékony elektrolit tartalmazza. Elektromos töltésű részecskéinek, más néven ionjainak tömege és mérete is nagyobb, mint a lítiumé, ami gyarapítja a cellák tömegét. Ez növeli a mechanikai igénybevételt és csökkenti az energiasűrűséget. A Sehol E10X akkumulátorának egy kilogrammja ennek megfelelően csak 160 wattóra energiát tartalmaz, ami körülbelül harmadával kevesebb, mint amennyit egy NMC-kémiájú (nikkel, mangán és kobalt) lítiumion-akkumulátor tárol.
Ezt a hátrányt azonban jelentős előnyök ellensúlyozzák. A nátriumion-celláknak kicsi a belső ellenállásuk, ezért kevés hőt bocsátanak ki. Így szorosan lehet őket elhelyezni, ami a rendszer, azaz az akkumulátortelep szintjén javítja az energiasűrűséget, továbbá kevés hűtést igényel, ráadásul az elektrolitjuk sem gyúlékony. A nagy teljesítménysűrűség különösen hasznos a töltés során. A Sehol miniautóját akár 20 perc alatt fel lehet tölteni, ráadásul ez az érték alig romlik még mínusz 20 Celsius fokos hőmérsékleten is. Ezzel ellentétben a lítium-vas-foszfát- (LFP) cellák, amelyek ma az NMC-akkumulátorok olcsó alternatíváját jelentik, hidegben fűtést igényelnek.
A nátrium döntő előnye a könnyű hozzáférhetősége, hiszen a só egyik összetevője, ami a földkéreg hatodik leggyakoribb eleme. A konyhasó nátriumtartalma 40 százalék, egy liter tengervíz pedig tizenegy grammot tartalmaz, így nem meglepő, hogy a nátrium-karbonát beszerzési ára a lítium-karbonát nyolcvanad része.
A Na-ion-cellában az anód szénből és alumíniumból áll, ami szintén olcsóbb, mint a Li-ion-akkumulátorok grafit/réz anódja. A CATL az előállítási költségeket kilowattóránként körülbelül 30 euróra becsüli, és ha ez megvalósul, akkor egy 50 kilowattóra kapacitású akkumulátor összesen kevesebb mint kétezer euróba (kb. 790 ezer forint) kerülhet. A következő lépésben a kínai akkumulátoróriás az energiasűrűséget 200 Wh/kg-ra, azaz a jelenlegi LFP-cellák szintjére kívánja növelni. A CATL ezen kívül egy új akkumulátorkoncepcióval is készül, amely vegyesen tartalmazna Na-ion- és Li-ion-cellákat.
Villanyautó 1000 kilométeres hatótávval
Az olcsó Na-ion-akkumulátorok jelenthetik a jövő megoldását a pénztárcabarát kis- és kompakt elektromos autók számára, a prémiumkategóriában viszont nem az ár, hanem a hatótávolság a központi kérdés. A Nio ET7 típus kínai szabványok szerinti hatótávja akár ezer kilométer lehet, ha 2024-től, a világon elsőként 150 kWh kapacitású szilárdtest-akkumulátorral gyártani kezdik. A Toyota abban bízik, hogy hasonló kialakítású energiatárolójával 1200 kilométert is képes lesz elérni, bár az ezzel felszerelt villanyautó sorozatgyártása várhatóan csak 2027-ben kezdődik. Ez már a dízelautók szintje, ráadásul a gyártók 10 perces újratöltési időt is ígérnek ehhez.
Ma a szilárdtest-akkumulátorokat tekintik az akkumulátortechnológia Szent Gráljának, hiszen mindenki áradozik erről a megoldásról, de közelről csak kevesen látták. Az összes nagy gyártó régóta dolgozik az új technológián az erre szakosodott partnereivel. A Volkswagen például 2018 és 2021 között 300 millió eurót fektetett a kaliforniai Quantumscape nevű partnercégébe, a Nio és a Mercedes a tajvani Prologiummal, a BMW és a Ford pedig a coloradói Solid Powerrel működik együtt. A Stellantis, a Hyundai/Kia és ismét csak a Mercedes a massachusettsi székhelyű Factorial Energyvel fejleszti a szilárdtest-akkumulátort, miközben a Solid Energy Systems, a GM, a Hyundai, a Honda, a Geely és a SAIC partnere is ugyanabban az amerikai államban működik. A sorozatgyártás tervezett kezdete? Valamikor 2025 és 2028 között.
A szilárdtestcellákban kerámia vagy műanyag helyettesíti a folyékony elektrolitot, azaz azt a közeget, amelyben az ionok oda-vissza mozognak. Ez egyrészt csökkenti a tűzveszélyt, mindenekelőtt azonban lehetővé teszi új típusú anódok, vagyis negatív pólusok használatát, amelyek már nem a nehezen reakcióra kényszeríthető grafitból, hanem magas lítiumtartalmú fémből készülnek. Ezek biztosítják a nagy energiasűrűséget, ezáltal a nagy hatótávolságot. További előnyük, hogy könnyűek, felépítésük pedig kompakt.
A szilárdtest-akkumulátorok kulcsproblémája a gyártás, amely sokkal nagyobb pontosságot igényel és összetettebb, mint a mai áramforrásoké. A nem folyékony elektrolitnak stabilan kell kapcsolódnia az elektródákhoz, hogy az ionok könnyen áramolhassanak. A Nio beszállítója, a Prologium a jelek szerint ezt a problémát egy köztes lépéssel, félig folyékony elektrolittal oldotta meg. Alternatívaként léteznek szulfid- és oxidtartalmú elektrolitok, amelyek kénvegyületekből vagy bizonyos ásványokból állnak. A Solid Power és a Prologium ezeken dolgozik. De 2030 előtt ezek sem lesznek készen a sorozatgyártásra.
Mennyire függünk a kínai alapanyagoktól?
A lítium, a grafit és a kobalt egyaránt fontos akkumulátor-alapanyagok, ráadásul a források zöme kínai vállalatok ellenőrzése alatt áll. Az új cellatechnológiák azonban ezen a téren is fordulatot hozhatnak. Az Európai Unió Tanácsának spanyol elnöksége nemrég olyan dokumentumot tett közzé, amely szerint 2030-ra Európa a lítiumion-akkumulátorok tekintetében ugyanolyan függőségbe kerülhet Kínától, mint ahogy 2022 elejéig Oroszországtól függött a gáz- és az olajellátás szempontjából.
A kínai vállalatok jelenleg nem csak az akkumulátorcellák és rendszerek piacát uralják, hiszen ellenőrzésük alatt tartják az előállításhoz szükséges összes fémet és ásványi anyagot is. A főleg Chiléből és Ausztráliából származó lítium esetében Kína magához ragadta a feldolgozási folyamatokat, a grafitot belföldön, a kobaltot pedig általában Afrikában bányásszák, és ez a három anyag pótolhatatlan az Európában kapható villanyautókban lévő NMC-akkumulátorokban.
További probléma, hogy a alapanyagok károsítják az éghajlatot, hiszen becslések szerint a lítium, a kobalt, a mangán, illetve a grafit kitermelése és feldolgozása 1 kilowattóra akkumulátorkapacitásra vetítve körülbelül 100 kilogramm szén-dioxid-kibocsátással jár. A kobalt bányászata ugyancsak környezetkárosító, ráadásul legfontosabb lelőhelyén, Kongóban megoldatlan probléma a gyerekmunka.
A kínai kormány számára stratégiai szempont a globális fölény fenntartása a villanyautó-iparban. Kína évek óta szisztematikusan bővítésre törekszik, ezért nagy összegeket fektet a termelési láncokba és az akkumulátorkutatásba. Ebben a versenyben most egy második hatalmi pólus alakulhat ki az USA-ban, hiszen a washingtoni politikusok felismerték a kérdés jelentőségét, így például az úgynevezett inflációcsökkentő törvény keretében több milliárd dollárt csoportosítottak át az elektromos hajtások nyersanyag-kitermelése és -feldolgozása felé.
Ebben a kétfrontos konfliktusban a német autógyártók globális együttműködéssel és közös vállalkozásokkal próbálják biztosítani ellátásukat. A legnagyobb lehetőségük azonban valószínűleg a technológiaváltásban rejlik. A lítium-vasfoszfát-akkumulátorok mangán, nikkel és kobalt nélkül is működnek, és ugyanez vonatkozik a nátriumion-akkumulátorokra is, ezért érthető, hogy fejlesztésükre több ország nagy energiákkal koncentrál.