A Toyota gyakorlatilag évente bejelenti, hogy hamarosan gyártásba küldi a szilárdtest-akkumulátorokat. Az elektromosautó-ipar megváltójaként beharangozott energiatároló azonban leghamarabb a 2030-as években kezdhet elterjedni. Egy technológia mind felett, vagy párhuzamos alkalmazás? Ez lesz a kérdés.
A világ igyekszik alkalmazkodni az elektromos átálláshoz a 2050-es klímacélok elérésének érdekében. Az elektromosautó-gyárak versenyében a BYD és a Tesla osztoznak a trónon, a már-már pánikszagú vetélkedésben a kisebb vállalatok vagy elvéreznek, vagy igyekeznek olyan fejlesztésekkel előállni, amellyel kihagyhatnak néhány lépcsőfokot. Tavaly az elektromosautó-piac lassulása kemény fejtörést okozott a gyártóknak. Nyilvánvalóvá vált, hogy vannak olyan negatív tényezők a területen, amelyek miatt tömegek döntenek úgy, hogy bezárkóznak a belső égésű motoros járműveik kényelmébe, és egyelőre nem tervezik, hogy elektromosra cseréljék azt. Egy friss kutatás szerint például az európai autóvásárlók mindössze 18 százaléka részesíti előnyben az elektromos járműveket és 68 százalékuk még a belső égésű járműeladások 2035-ös betiltásának határidejét is elhalasztaná.
A nyilvánvaló árkülönbségek (a BMW és a Mercedes-Benz esetében például 30 százalékkal drágábbak a tisztán elektromos modellek a belső égésű társaiknál úgy az USA-ban, mint Európában) és az elektromoskínálat (a belső égésűekhez viszonyított) viszonylagos szűkössége mellett még két magyarázat is van a jelenségre, mindkettő elsősorban a világ legnagyobb autópiacát, az amerikait befolyásolja. Az egyik, hogy a nagyobb járművekbe (ebben az esetben nem csak a teherautókról van szó, az USA-ban alapból tombol egy „a méret a lényeg” fétis) nagyobb elektromos energiatárolók kellenek,
ez azonban annyira meglöki a fogyasztói árakat, hogy még állami jóváírásokkal sem keltik fel a figyelmet.
A másik, hogy a lítiumion-rendszerek hatótávolságát az amerikaiak (akik távolságokban is csak nagyban tudnak gondolkodni) még mindig kétkedéssel fogadják, a töltési infrastruktúra jelenlegi állapotát és hatásosságát pedig megkérdőjelezik. A „távolságpánik” visszarettentő ereje nagy részben felel az amerikai piac lassulásáért, annak hatása pedig törvényszerűen globálissá válik.
A megoldást az autóipar Szent Gráljaként is emlegetett szilárdtest-technológiájú tárolórendszerek jelenthetik, amelyek – az ígéret szerint – tíz percnyi töltéssel akár 1200 kilométer távolságra is képesek. A probléma csak azzal van, hogy ezek többnyire még mindig laboratóriumi adatok, amelytől eljutni a tömeggyártásig és a globális terjesztésig elképesztően hosszú út lesz. Márpedig amiből a legkevesebb van jelenleg, az éppen az idő.
Gyorsabban, erősebben, távolabbra
A jelenleg (és a folyamatos fejlesztés miatt várhatóan még elég sokáig) uralkodó lítiumion-tárolók folyékony elektrolitot használnak a katód és az anód között az ionok áramoltatására. Ezzel szemben a szilárdtestcellákban a folyékony elektrolitot szilárd anyagra cserélik, amely különválasztja egymástól a katódot és az anódot, de átengedi magán a lítiumionokat.
Utóbbi előnye nem (csak) az, hogy eltávolítja az egyébként valóban tűzveszélyes folyadékot a rendszerből, hanem elsősorban az, hogy ugyanolyan térfogattal és súllyal sokkal több energiát képes tárolni, mint a hagyományos rendszerek. Élettartama is hosszabb (akár 30 évet is jósolnak neki), ráadásul a szilárd elektrolit miatt gyorsabban lehet tölteni, mint a jelenleg használt tárolókat. Előnyei közé tartozik még, hogy nagy hőmérséklet-különbségek között is megbízhatóan működnek, vagyis szélsőséges körülmények esetén is biztonságosan használhatók.
A szilárdtestrendszerek valóban forradalmasíthatják az autóipart, jobb teljesítményt, nagyobb hatótávot, hosszabb élettartamot kínálva a hagyományos lítiumion-energiatárolókhoz képest. Az összetevők némelyikének alacsony ára és a megnövelt teljesítmény miatt pedig kiváló lehetőség, hogy a nagyobb súlyú és méretű járművekbe is megfizethető áron alkalmazzák: vagyis megoldaná az amerikai autópiac elsődleges problémáját, valamint a „távolságpánikot” is.
Mindezt azonban egyelőre csak a laborkísérletekből tudjuk. A valóságban a fejlesztőkön kívül senki nem rendelkezik megbízható információval arról, hol tart pontosan a szilárdtest-technológia elméletének gyakorlatba és gyártásba ültetése.
Egymásra licitáló, láthatatlan eredmények
A szilárdtest-technológiára minden vállalat rávetette magát, és egymásra tromfolva igyekeznek tudatni a világgal, mennyire jól állnak a fejlesztéssel. Léteznek nagyon biztató kísérleti eredmények, már vannak prototípusok is (amelyek csupán egy kutatási szakasz alszakaszának tekinthetők, mivel jóval kevesebbet bírnak a lítiumion-rendszereknél), és természetesen töretlen az optimizmus, legalábbis a PR területén
A leghangosabban a Toyota kommunikálja, hogy mennyire közel áll a megoldáshoz, vagyis ahhoz, hogy laborjának ajtaját kinyitva egyből a gyártásba küldje a szilárdtest-technológiára épülő energiatárolóit. Állítása szerint új terméke 1200 kilométert képes megtenni egy töltéssel, amely ráadásul csupán tíz percet vesz igénybe. Mindez abszolút hihetően hangzik, a japán vállalat kijelentéseivel mégis óvatosan kell bánni.
A Toyota ugyanis a tisztán elektromosautó-piac mezőnyének legvégén kullog. A vállalat makacsul visszautasította, hogy elektromos autókat gyártson, és változatlanul a hibrideket favorizálja. (A már említett lassulás a piacon ismét felkeltette az érdeklődést a hibridek iránt, így egyes elemzők szerint a japánoknak végig igaza volt, amikor elfordították fejüket az elektromos járművektől.) A vállalat gyakorlatilag ki akar hagyni egy technológiai evolúciós lépcsőfokot, és a lítiumion-technológiát mellőzve egyből a szilárdtestest akarja beépíteni a járműveibe. Majd valamikor, mert a sűrű, szinte évente megtartott sajtótájékoztatók a „hamarosan készen leszünk” mondatokkal
egyre inkább tűnnek részvényvásárlásra csábító, akciós rendezvényeknek, semmint valós ismertetőknek.
Ami az energiatárolóit illeti: a közeljövőben forgalomba kerülő modellek egyelőre nagy teljesítményű lítiumion-akkukkal lesznek ellátva, 2027-ben pedig (egy rövid lítium-vas-foszfátos kaland után) még mindig ugyanezt a megoldást használják majd, a tervek szerint megnövelt hatótávolsággal. A jelenleg uralkodó technológiafejlesztésben semmi újdonság nincs, a világ minden gyártója ezt teszi, így a hatótávolság növekedése természetes velejárója a folyamatnak. A Toyota szerint a szilárdtest-technológia „valamikor 2027 végén” fog megjelenni – a dátum évente módosul, volt már 2025 és 2026 is. A „megjelenés” azonban messze nem egyenlő a tömeggyártással. Éveken keresztül fogják gyakorlatban tesztelni a rendszert, hogy valamikor a 2030-as évek elején a tervek szerint nagyobb fokozatra kapcsolják a gyártást, ám ez is csak évi 10–15 ezer darabot fog jelenteni, ami globális piaci viszonylatban elenyészőnek tekinthető.
A hangsúly tehát inkább azon lesz, hogy ki fogja először gyakorlatba ültetni a technológiát. A klasszikus kettős feltalálást látjuk élőben: a műszaki megoldás létezik, csak nem tudunk vele egyelőre mit kezdeni.
A legújabb nagy bejelentés a Harvard Egyetem tudósaitól érkezett: eszerint új típusú szilárdtest-akkumulátort fejlesztettek ki, amelyet percek alatt fel lehet tölteni, és 3–6-szor több töltést lehet vele produkálni, mint a hagyományos lítiumion-technológiával, vagyis: megtalálták az alsó hangon 30 éves élettartam Szent Grálját. „Hatezerszer tudjuk feltölteni az energiatárolót, ráadásul egy töltés mindössze 5–10 percet vesz igénybe – szemben a most használt eszközök több órás töltési igényével és 1000–2000 töltés közötti élettartamával” – mondta a projekt vezető kutatója.
Az új kialakítású energiatárolóban az egyetem szerint sikerült kiküszöbölni az egyik legroncsolóbb jelenséget, a dendritképződést is – ez akkor következik be, amikor a lítiumionok az anód kis területére tömörülnek, és gyökérszerű struktúrákba kezdenek alakulni, amelyek aztán az elektrolitba „nőve” rövidzárlatot, rosszabb esetben tüzet okozhatnak. (Hasonló eredményt egyébként 2022-ben már publikált egy kínai tudósokból álló csapat lítium-fém-anód-témában.)
Ez a való világ?
Miért nem örül felhőtlenül mindenki a Toyota nagyívű bejelentéseinek, a Volkswagen kísérleteinek vagy éppen a Harvard kísérleteinek? A válasz egyszerű: a zöldátállás most zajlik, nem pedig akkor kezdődik, amikor a szilárdtest-technológia készen áll majd a sorozatgyártásra.
Ilyen szempontból a Toyota évenkénti bejelentkezése a „jövőre kész leszünk” mondattal többet árt, mint használ. Kivárásra készteti azokat, akik egyébként hajlanának a belső égésűt végre a garázs mélyén hagyni, és egy elektromossal útnak indulni, de úgy döntenek, inkább hagynak időt, forrja csak ki magát az új technológia, és ha végre piacon lesz, ők is belevágnak a zöldkalandba.
A gond az, hogy fogalma sincs senkinek, pontosan mikor jön el ez az idő. A dendritnövekedés például valóban probléma, de eltörpül amellett, hogy mennyire gyorsan kellene óriási mennyiségben és megfizethető áron gyártani energiatárolókat a személyautókhoz, és az azoknál jóval nagyobb járművekhez, figyelembe véve a teljesen eltérő jellemzőket.
A Harvard – egyébként kiváló – eredményeivel ugyanaz a probléma, ami a Toyota ígéretei esetében: jelenleg laboratóriumi körülményekről beszélünk, steril tesztüzemekről, ahol az elméletet addig csiszolják, amíg a mikrokörnyezeti gyakorlat hozzá nem igazodik. Minden kicsiben történik, ellentétben a valós gyártással, ahol minden óriási méretekben valósul meg. És ezen a ponton merül fel a legnagyobb probléma: az ellátási láncok kiépítése, benne a legkritikusabb szakasszal, a nyersanyag-finomítással.
A legfontosabb tényező azonban mégis az, amelyet a legtöbben figyelmen kívül hagynak:
a szilárdtest-rendszerek nem fogják leváltani a mostani lítiumion-technológiát. Nem valami helyett, hanem valami mellett fognak működni.
Az elektromosjármű-piac soha nem fog technológiai egyeduralom alapján működni. A párhuzamos technológiáké a jövő,amelyben fénysebességgel folynak a fejlesztések: egy új elemzés szerint rá lehet mutatni, hogy a szilárdtest-technológia éves szinten 31 százalékkal javul, de ugyanazon a lapon meg kell említeni azt is, hogy a lítiumionos pedig 30,5 százalékkal. A különbség, hogy az utóbbi a gyakorlatban tarol, míg előbbi az út legelején van még.
Dátumok és eredmények
A szilárdtest-energiatárolók minden bizonnyal óriási szerepet fognak játszani az elektromos átállásban. Valós szerepe a jövőben azonban nem a technológiát kifejlesztő tudósokon, hanem a gyártókon fog múlni. Mérnöki kihívások tucatjával kell még megküzdeniük, amit tovább nehezít az ellátási láncok kiépítésének hatványozott problémája. Az, hogy mennyi idő alatt hódítja meg az elektromos energiatárolás piacát, nagymértékben függ a gyakorlati kihívások leküzdésétől. Most úgy tűnik, a rendeltetése az, hogy belekiáltson majd az Egyesült Államok eladási csendjébe, és uralma alá vonja a nehézszállító járművek teljes szegmensét.
A Toyota előtt már nemcsak technikai nehézségek állnak, hanem a konkurensek is. Minden vállalat, amelyik a lítiumionos piac tortája mellett üldögél, dolgozik a saját projektjén. Egyes elemzők szerint Japán le fogja taszítani a trónról Kínát a CATL-lel együtt. Peking válasza gyors volt és döbbenetesen kreatív: a legnagyobb gyártók és ipari szereplők, beleértve a BYD-t és a CATL-t – kiegészülve az egyetemek, kutatólaborok és befektetési alapok elitjével –, egyetlen konzorciumba tömörültek a szilárdtest-technológia minél előbbi gyakorlatba ültetése érdekében.(A kitűzött dátum 2030, de ők legalább még nem módosítottak ezen.) A riválisok, amelyek versenyben állnak egymással, váratlan húzással a legközelebbi szövetségessé váltak a globálisan is kiemelten fontos projekt érdekében.
Nem látni még, ki szakítja majd át először a célszalagot. Az biztos, ha a japánok teszik meg, Kína akkor is létrehozza a saját modelljeit, párhuzamosan a lítiumion-technológia folyamatos fejlesztésével. Ha azonban a konzorcium lesz gyorsabb – a párhuzamos rendszerek futtatásával és az ellátási láncok egy kézben tartásával –, a kínai hegemónia még nagyon hosszú ideig fog érvényesülni.
***
Kapcsolódó:
Fotó: Shutterstock
