Remek interjút olvastam a minap Prof. Martin Winter-rel, aki MEET Akkumulátor Kutatóközpont tudományos igazgatója. Lefordítottam a legfontosabb részeit, hiszen olyan dolgokról beszél Winter, amelyek meg fogják határozni a jövő autózását, és az európai ipar versenyképességét.
„Nikkelkémia vagy lítiumvas-foszfát alapú lítiumionok? Vagy más anyagkombináció? Martin Winter, a MEET Akkumulátorkutató Központ munkatársa a németországi akkumulátor-kutatás jelenlegi helyzetéről számol be.
Winter úr, a MEET 2010 óta kutatja az akkumulátorok anódanyagait, különösen a lítium-ion akkumulátorokat. Mi a lítium-ion akkumulátorok új anyagkombinációinak jelenlegi helyzete? Úgy tűnik, hogy a lítiumvas-foszfát egyre elfogadottabbá válik.
Martin Winter: A lítiumvas-foszfátnak, vagy röviden LFP-nek jelenleg két nagy előnye van. Először is van egy kiterjesztett biztonsági teszt, amelyet jelenleg csak az LFP-cella teljesít. Másodszor, a kínai akkumulátorgyártóknak sikerült lemondaniuk a modulszintről, és így az ezen a szinten lévő összes vezérlési technológiáról, és közvetlenül a cellaszintről a csomag szintjére lépni. Ez a cellától a csomagig tartó technológia, röviden CTP, azért lehetséges, mert a lítiumvas-foszfát biztonság szempontjából jól viselkedik. Az energiasűrűség alacsonyabb, mint a nikkelt tartalmazó rendszereké. Ezt azonban ellensúlyozni lehet a csökkentett csomagolással.
Ha egyelőre maradunk a lítium akkumulátoroknál: Vannak még más érdekes technológiák is az Ön szempontjából?
Intenzíven dolgozunk a lítium-fém akkumulátorokon, amelyek a legjobb esetben magasabb energiatartalmat érhetnek el, mint a jó lítium-ion akkumulátorok. Érdekes például a mangán hozzáadása az LFP-akkumulátorokhoz. A kapacitás ugyanaz marad, de a feszültség magasabb. Ez akár 20 százalékkal is növelheti az energiasűrűséget. Sajnos a tiszta mangán-foszfát nem rendelkezik ilyen jó teljesítményjellemzőkkel, ezért vasat kell hozzá keverni. Ezenkívül a gyors töltési és kisütési képesség sem olyan jó, mint a tiszta LFP-akkumulátorok esetében.
Hol tart a nikkelalapú rendszerek fejlesztése?
Közösségen belül is intenzív kutatás folyik. A felhasználók költség- és energiahatékonysági okokból magas nikkeltartalmat szeretnének, a lehető legkevesebb kobalt mellett, bár a biztonság és a ciklusstabilitás miatt nem lehet teljesen nélkülözni. A jó tulajdonságprofil eléréséhez más fémeket is hozzá kell adni. A nikkel-kobalt-alumínium rendszereket (NCA) már évek óta propagálják. A nikkel-mangán-kobalt rendszerek, NMC, még szélesebb körben elterjedtek.
A nikkel, mangán, kobalt és alumínium kombinációja, NMCA, viszonylag új. Jó kompromisszumot kínál az energia, a teljesítmény, a biztonság és az élettartam között.
Vannak olyan új cellakémiai eljárások, amelyeknek van esélyük a sorozatgyártásra?
Intenzíven dolgozunk a lítiummentes akkumulátorokon, és nem csak a műszaki szempontokra összpontosítunk. Nyilvánvaló, hogy a lítium ára „politikai” ár. Ha nincs alternatíva, akkor meredeken emelkedni fog. Nem szabad hagyni, hogy itt technológiai monopólium alakuljon ki.
Egy másik kutatási téma az egyes anyagkomponensek optimális eloszlása a katódpor többé-kevésbé gömb alakú részecskéiben. A nagy energiájú, de egyben reaktív nikkeltartalmat a gömbök belsejében próbálják elrendezni. Ez garantálja a biztonságot és a hosszú élettartamot. A reaktivitást csökkentő anyagok kívül helyezkednek el. Ez a koncentrációs gradiens a részecskék átmérője mentén jó kompromisszumot eredményez az energiatartalom és a biztonság között.
Ezekkel a gradiens anyagokkal olyan új adalékanyagokat kutatunk, amelyek javítják az egyes tulajdonságokat, például az élettartamot, a biztonságot és az energiatartalmat. Ez nem egy zavaró fejlesztés. De még a kis lépések is számítanak, pontosan azért, mert sok közülük egy nagy lépést tesz ki.
A jövőben a nagy teljesítményű akkumulátorokra inkább a helyhez kötött alkalmazásokban lesz szükség - az otthoni és a hálózati stabilizáláshoz. Ez hatással van az Ön kutatómunkájára?
Jelenleg itt is lítium-ion cellákat használnak. Csak az elektronikus irányítás különbözik, mert egy autóakkumulátor másképp működik, mint egy háztartási akkumulátor. Átlagosan kevesebb energiát vesznek fel. Viszont az élettartam lényegesen hosszabb, 20 év - ami szintén nagyon igényes. A hálózatstabilizáló akkumulátoroknál pedig a dinamika nagyon magas lehet, attól függően, hogy mekkora a megújuló, fluktuáló energiák aránya.
Vannak-e jelek arra, hogy a jövőbeni akkumulátormodellek és -generációk esetében alacsonyabbak lesznek a költségek?
Ez nagyban függ a nyersanyagpiacoktól. Egy elektromos autóban használt lítium-ion akkumulátor esetében a költségek 70-80 százaléka a cellára, 70-80 százaléka pedig az anyagokra vezethető vissza. Több mint 50 százalék tehát az anyagköltség. Ha a lítium, a nikkel vagy a kobalt iránti kereslet alacsony, az akkumulátor ára csökken. Ez a kulcstényező.
Az értéklánc végén: hol tart jelenleg az akkumulátorok újrahasznosítása?
Itt vannak jó megközelítések, de ezek csak később fognak érvényesülni, mivel az akkumulátorok élettartama nyolc év vagy annál is hosszabb. Az újrahasznosítás azonban nem minden rendszer esetében gazdaságilag életképes. Egy lítium-vas-foszfát akkumulátor például a lítiumon és esetleg a rézen kívül nem tartalmaz igazán értékes nyersanyagokat. Ez vonatkozik a nátrium-ion akkumulátorokra és más, lítium, réz, nikkel és kobalt nélkül is. Ez az a pont, ahol a több élettartamú modelleknek több értelme van. A koncepció lényege, hogy az akkumulátorokat úgy tervezzük meg, hogy a járműben való használat után gazdaságilag és ökológiailag újra lehessen őket használni, például otthoni akkumulátorként.
Az EU azonban az akkumulátorok újrahasznosítására vonatkozó előírásokat tervez.
Létezik egy üzleti modell a drága alkatrészeket tartalmazó akkumulátorokra. Ha ez nem érvényesül, akkor végső soron a fogyasztónak kell fizetnie. Ez pedig azt fogja jelenteni, hogy a jelenleg kedvező cellakémia, mint például az LFP és a nátriumionok többé nem lesznek olcsók, mert az újrahasznosítás költségei hozzáadódnak a vételárhoz. A költségeket tehát másképp kell majd figyelembe venni.
