A technológia bevezetésében olyan szereplők játszanak kulcsszerepet, amelyek Magyarországon is hatalmas gyártóközpontokkal rendelkeznek. Ugyanis, ha minden a tervek szerint alakul, akkor az itthon önálló K+F egységgel is rendelkező Samsung SDI nyitja a sort, amelyhez nem sokkal később többek között a CATL is csatlakozhat.

Amennyiben a technológia ipari méretekben is beválik, Magyarország szerepe felértékelődhet az akkumulátoripari értékláncban.

Ez új beruházásokat vagy a már működő üzemek technológiai bővítését is ösztönözheti, bár ehhez várhatóan új gyártósorokra lesz szükség. A folyamat egyik feltétele a stabil és versenyképes energiaellátás. A nyári szélsőséges hőség, az alacsony dunai vízállás és az ezek nyomán bevezetett fogyasztási korlátozások megmutatták a magyar villamosenergia-rendszer sérülékenységét. Ha ez tartós problémává válik, csökkentheti Magyarország esélyét arra, hogy a szilárdtest-akkumulátorok gyártásának első európai helyszínei közé kerüljön.

De beválik?

A szilárdtest-akkumulátor olyan új típusú energiatárolási eszköz, amelyben a hagyományos folyékony elektrolit helyett szilárd elektrolit vezeti a lítiumionokat. Ez első látásra apró változásnak tűnhet, a valóságban azonban igen komoly előnyöket ígér. A működési elv régóta ismert, ami újdonság, hogy a technológia most az ipari méretű gyártás és a kereskedelmi alkalmazás küszöbéhez ért.

Előnyök

Nagyobb energiasűrűség: Ugyanakkora fizikai méret mellett több energia eltárolását teszi lehetővé. Így azonos méret esetén érezhetően javulhat az üzemidő, illetve a hatótáv. Autók esetében például utóbbi akár ötven százalékkal is növekedhet, ami jelentősen orvosolhatná az elektromos járművek egyik legnagyobb problémáját.

Kép: Samsung SDI

Ez egyben azt is jelenti, hogy hasonló üzemidő eléréséhez elegendő kisebb méretű akkumulátor, amely kevesebb helyet foglal. Ez a járműtervezés során tovább tágíthatja a lehetőségeket a guruló és repülő eszközök esetében. A laptopoknál és telefonoknál pedig a felszabaduló helyre a teljesítmény további növelését szolgáló komponensek építhetők.

Biztonságosabb: A szilárd elektrolit nem gyúlékony, így kisebb a túlmelegedés és a tűz kialakulásának kockázata. Ennek jelentőségét felesleges hangsúlyozni, hiszen a mai napig előfordulnak akkumulátorhoz köthető tűzesetek elektromos eszközök esetében.

Gyorsabb töltés: A telefonoknál és laptopoknál ez ma már kevésbé jelentős szempont, az elektromos járműveknél azonban annál inkább. Egyáltalán nem mindegy, hogy öt órát, egy órát vagy mindössze tíz percet kell várakozni ahhoz, hogy egy autó csurig teljen energiával. Ráadásul ennek köszönhetően a drágább gyorstöltőállomások használata is ritkábban válhat szükségessé.

Hosszabb élettartam: A szilárdtest-akkumulátor technológiának köszönhetően a telep több töltési ciklust viselhet el anélkül, hogy jelentősen romlana a kapacitása. Magyarul ritkábban, vagy ideális esetben egyáltalán nem kell akkumulátort cserélni. Ez önmagában is növelheti egy adott termék értékét a másodlagos piacon.

Hátrányok

Mindez remekül hangzik, azonban nyilván nem véletlen, hogy ha már hat évtizede ismert a működési elv, akkor miért csak most kezdődik meg a tömegtermelés. E téren ugyanis számos olyan problémával kellett szembenézniük a piaci szereplőknek, amelyek a jövőben is gondot okozhatnak.

Új gyártósorok: Sajnos nem lehet egyetlen gombnyomással átállítani a jelenlegi, folyékony elektrolitos lítiumion cellák előállítására berendezkedett üzemeket. A szükséges átalakítás komoly ráfordításokkal jár, és kockázatot is rejt magában: ha végül mégsem válik be az eljárás, akkor a visszaállás is jelentős többletköltségekkel járhat.

Érintkezési problémák: A hagyományos lítiumion akkumulátorban a folyékony elektrolit „kitölti” az apró réseket az elektródák között. Egy szilárdtest-akkumulátorban viszont szilárd anyag érintkezik szilárd anyaggal. Ez gondot okozhat, mert a felületek mikroszkopikusan egyenetlenek lehetnek, apró hézagok alakulhatnak ki, és ebből fakadóan az ionok nehezebben jutnak át ezeken a határfelületeken. Egyetlen apró hiba is jelentősen ronthatja a teljesítményt. Ennek kiküszöböléséhez a gyártástechnológián kellett javítani, ami egyrészt hatalmas kihívást jelentett, másrészt rendkívül költséges volt.

Drágább: Önmagukban a felhasznált alapanyagok is többe kerülnek, és a fent említett többletköltségek miatt a szilárdtest akkumulátorok drágábbak, mint a jelenleg elterjedt lítium-ion akkumulátorok.

Nehéz első időszak

Az, hogy a technológia életképes, önmagában még semmit nem jelent. A tömegtermelés elérése minden új akkumulátortechnológia számára mérföldkőnek számít. Hiszen ez az a pont, ahol egy laboratóriumi koncepcióból valódi, ipari méretekben előállítható termék válik. Azonban mindez nem a fejlesztési folyamat végét, hanem egy még összetettebb szakasz kezdetét jelenti.

A technológiai megvalósíthatóság önmagában ugyanis nem garantálja a piaci sikert: a következő, és talán legnehezebb feladat egy fenntartható, életképes üzleti ökoszisztéma kialakítása.

A gyártási kapacitások kiépítése mellett számos további akadály áll az iparági szereplők előtt. A potenciális ügyfeleknek például részletes tesztelési és minősítési folyamatokon kell végig menniük. A gyártóknak pedig olyan kereskedelmi megállapodásokat kell kialakítaniuk, amelyek hosszú távon biztosítják a termékek értékesítését és beépítését a végfelhasználói rendszerekbe.

Kép: CATL

A valódi áttöréshez arra is szükség van, hogy az ügyfelek készek legyenek a technológia alkalmazására és széles körű bevezetésére.

Emiatt a szilárdtest-akkumulátorok kezdeti megjelenése várhatóan nem a tömegpiacon történik majd, hanem azokban a szegmensekben, ahol a kiemelkedő teljesítmény és a biztonság fontosabb szempont, mint az alacsony ár.

Az első alkalmazási területek között ezért olyan iparágak szerepelhetnek, ahol az energiahatékonyság, a kis méret és a megbízhatóság különösen nagy jelentőséggel bír. Éppen ezért nemcsak az autóipari szereplők látták meg a lehetőséget a technológiában, hanem sok startup is.

Hol lehet nyerő?

A robotikai rendszerek például korai felhasználói lehetnek ennek a technológiának. A robotok belső kialakítása általában erősen korlátozott, ezért minden grammnyi tömeg és minden extra energiatárolási lehetőség számít. A nagyobb energiasűrűség lehetővé teheti a hosszabb működési időt, míg a biztonságosabb üzemelés különösen fontos lehet olyan környezetekben, ahol az ember és a gép közvetlenül együtt dolgozik.

Hasonló előnyöket kínálhat a fejlett légi mobilitási megoldások, például az elektromos repülőgépek és drónok számára az új technológia.

Ezekben az eszközökben az energiatárolásért felelős komponens tömege közvetlenül meghatározza a repülési távolságot, a szállítható hasznos terhet és az általános működési hatékonyságot. Emellett a speciális ipari berendezések is olyan területet jelenthetnek, ahol a szilárdtest akkumulátorok hamarabb megjelenhetnek. A legfrissebb tervek szerint pedig a mesterséges intelligencia adatközpontjaiban is bevethetik ezeket annak érdekében, hogy áramkimaradás esetén biztosítsák a szükséges energiát.

Kép: ABZ Innovation

Ezzel szemben a szélesebb fogyasztói piacot célzó elektromos járművek esetében várhatóan hosszabb idő szükséges a teljes körű bevezetéshez. Az autóipar ugyanis rendkívül szigorú követelményeket támaszt az akkumulátorokkal szemben: nemcsak a teljesítményt, hanem a többéves megbízhatóságot, a különböző időjárási és éghajlati körülmények közötti stabil működést, valamint a szigorú biztonsági előírásoknak való megfelelést is bizonyítani kell.

Jelenleg ott tartunk, hogy még a gyártók belső minőségellenőrzésén megfelelt szilárdtest-akkumulátorminták is eltérő teljesítményt mutathatnak az autóipari partnerek saját értékelései során. Ez egy izolált, kontrollált körülmények között működő robotnál nem jelent akkora problémát, mint akkor, ha a terméket az átlagember számára kell értékesíteni, aki azt bármilyen környezetben használhatja.

Ez rávilágít arra, hogy az iparág egyik legfontosabb kihívása a közös minőségi követelmények kialakítása és az egységes tesztelési szabványok létrehozása lesz. A sikeres piaci bevezetéshez nem elegendő egy működőképes akkumulátorcellát létrehozni; azt is bizonyítani kell, hogy a technológia hosszú távon, valós körülmények között is megbízhatóan alkalmazható.

A siker kulcsa

Hogy ezt a területet a jövőben ki uralhatja majd, nem feltétlenül az határozza meg, hogy ki éri el a legmagasabb energiasűrűséget. A hosszú távú siker kulcsa azoknál a szereplőknél lehet, amelyek képesek állandó és megbízható minőséget biztosítani, megfelelnek az ügyfelek szigorú minősítési követelményeinek, valamint kutatási eredményeiket valódi, kereskedelmi méretű ellátási rendszerré tudják alakítani.

A terület stratégiai fontosságát mutatja, hogy a globális innováció terén élen járó Dél-Korea kormánya beemelte a Samsung SDI szilárdtest-akkumulátorprogramját a „Három megaprojekt Korea következő fejlődési szakaszához” elnevezésű kezdeményezésbe. Ennek keretein belül jelentős állami forrásokat is biztosítanak a fent vázolt célok eléréséhez.

Bár a szilárd elektrolit alkalmazásának elve évtizedek óta ismert, sokáig sem az anyagok ionvezetése, sem az elektródák közötti érintkezés, sem a gyártástechnológia nem tette lehetővé a versenyképes sorozatgyártást. Az anyagtudomány fejlődése, az elektromos autók terjedése és az iparágba áramló hatalmas tőke most együtt hozta el azt a pontot, amikor a laboratóriumi eredményekből kereskedelmi termék lehet. Aztán a piac eldönti, hogy tényleg lesz-e forradalom.