Több mint 200 évvel ezelőtt az olasz Alessandro Volta feltalálta az első működő akkumulátort, a „Volta-oszlopot”. Volta oszlopával kísérleti úton sikerült elektromos áramot előállítani, de olyan kis mértékben, hogy gyakorlati alkalmazása nem volt. 1836-ban az angliai John Frederic Daniell kifejlesztette a Daniell-elemet, az első nagy teljesítményű akkumulátort, amelyet ténylegesen használtak a távíróberendezésekben.23 évvel később, 1859-ben a francia Gaston Planté feltalálta az ólomsavas akkumulátort. Nemcsak ez volt az első újratölthető akkumulátor, hanem rendkívül olcsó volt az előállítása is. Még 180 évvel később is pontosan ezt a koncepciót használjuk autóinkban indítóakkumulátorként, a közelmúltig verhetetlen, kb. 0,14 €/Wh (wattóra) áron. Az ólom-sav akkumulátorok hátránya azonban a kilogrammonkénti alacsony energiasűrűségük. A 30-40 Wh/kg-os értékük miatt ezért csak járművekben vagy vészhelyzeti áramellátó rendszerekben használják őket.
A következő újratölthető akkumulátor a nikkel-kadmium akkumulátor volt, amelyet a svéd Waldemar Jungner talált fel 1899-ben. Ez 0,33-1 €/Wh árával lényegesen drágább volt, mint az ólom-sav akkumulátor, de 40-60 Wh/kg-os értékével lényegesen nagyobb energiasűrűséggel rendelkezett. Ennek eredményeképpen a legtöbb hordozható alkalmazás, például az elektromos szerszámok 2008-ig még mindig NiCd akkumulátorokkal működtek. Ekkor az EU nagyrészt betiltotta őket, mivel a kadmiumot mérgező nehézfémnek tekintik.
Gyenge energiasűrűség
Közel 100 évig nem sok minden történt az újratölthető akkumulátorok fejlesztése terén, egészen addig, amíg Akira Yoshino 1991-ben Japánban ki nem fejlesztette a lítium-ion akkumulátort. A 90-100 Wh/kg energiasűrűség majdnem kétszerese volt a NiCd akkumulátorokénak, de a költségek 1-1,2 €/Wh-val eleinte még mindig nagyon magasak voltak. A lítiumion-akkumulátorok fejlesztése az elmúlt 30 évben hatalmasat fejlődött, egészen 250-300 Wh/kg energiasűrűségig. Széleskörű elterjedésének köszönhetően a lítium-akkumulátor Wh-onkénti ára jelentősen csökkent, 0,10-0,15 €/Wh-ra, ami ma már olyan olcsó, mint az ólom-sav akkumulátoroké.
A Li-ion technológia továbbfejlesztésével közel kerültünk a 350 Wh/kg-os fizikai maximumhoz. Ezért jelenleg más akkumulátor-koncepciókat is kutatnak, mint például a szilárdtest-akkumulátor vagy a lítium-kén akkumulátor, amelyekkel a 400-500 Wh/kg-os maximumot kellene elérni. Mindkét akkumulátortípus kutatása azonban már 50 éve folyik, és kereskedelmi szempontból életképes eredmények csak 10-15 év múlva várhatók.
A benzin energiasűrűsége viszont 12 000 Wh/kg, ami 40-szer nagyobb, mint a legjobb Li-ion akkumulátorunké. A dízel 11 900 Wh/kg-os sűrűsége 39,7-szer nagyobb, sőt, a földgázé 13 900 Wh/kg-os sűrűségével 46,3-szor nagyobb, mint a Li-ion akkumulátoré.
Ez az oka annak, hogy egy átlagos méretű, teli benzintank mindössze 37,5 kg (0,75 kg/l), de 430 kWh-t tartalmaz, míg egy 450 kg-os (új!) akkumulátorblokk egy elektromos autóban mindössze 135 kWh-t.
A rekuperációval, azaz az akkumulátor fékezéskor történő feltöltésével visszanyert energia városi vezetés esetén akár 30 százalékot is elérhet, míg vidéki vezetés esetén csak tíz százalékot.
Az akkumulátor rendkívüli súlya
Az elektromotor nagyobb hatékonyságát nagyrészt semmissé teszi az akkumulátor rendkívüli súlya. Ennek eredményeként nagyon kevés olyan elektromos jármű van, amelynek hatótávolsága normál vezetési körülmények között meghaladja a 400 km-t, míg a benzines autók esetében 600-800 km a szokásos. Nem véletlenül kúsznak a Teslák a teherautók mögött, míg a belsőégésű motorok 190 km/h-val is könnyedén haladhatnak a gyorsítósávban, még a kisautókban is.
Csak néhány elektromos jármű és töltőállomás támogatja a híres ultragyors töltést, amely akár 20 perc alatt az akkumulátor kapacitásának 70-80 százalékát is elérheti. Az energia mintegy 15 százaléka hő formájában elvész. A 100 százalékos töltés 6-26 óra között van, a fali doboz vagy a konnektor függvényében.
Télen a fűtés – amely benzines autók esetében egyszerűen a motor hulladékhőjét használja – akár 40 százalékkal is csökkentheti az elektromos autók hatótávolságát. A hideg drámaian csökkenti az akkumulátor hatékonyságát, a nagy sebesség pedig az elektromos autók számára abszolút hatótáv-gyilkos. Egy Tesla 3 modell (2021) ezért 20 perc ultragyors töltés után 20 perc alatt mindössze 73-103 km-t tud megtenni hideg télen, laza 160 km/h-s autópályán, míg egy dízel ugyanilyen körülmények között öt perc tankolás után akár 615 km-t is könnyedén letekerhet.
A csoda- és szuperakkumulátorokról szóló jelentések: hurráoptimista propaganda
Az elhibázott fejlesztés nyilvánvaló, és még ha tíz-tizenöt év múlva a lítium-kén akkumulátor olyan szintre fejlődik is, hogy akár 400 Wh/kg-os értékkel kerül a piacra, ez még mindig csak egy harmincad része a benzin energiasűrűségének.
Még ha az akkumulátorok energiasűrűségét sikerült is megötszörözni az akkumulátorok 200 éves fejlődése alatt, az új csoda- és szuperakkumulátorokról szóló hírek csak alaptalan propaganda. Természetesen mindezzel az elektromobilitást akarják erőltetni, azt sugallva, hogy a küszöbén állunk annak, hogy az elektromos autókat ugyanolyan gyorsan „feltölthessük”, mint a benzineseket – és ugyanolyan hatótávolságuk lesz. A valóságban azonban a lítium-ion akkumulátorok kapacitása éppen csak elmarad a fizikailag lehetségestől, és a 30 százalékkal nagyobb energiasűrűségű új akkumulátor-technológiákra még legalább egy évtizedet kell várni. A cikk először a PI-News-on jelent meg.
Közzétevő megjegyzése
2021. szeptemberi bejegyzésünkben már említettük: Az elektrokémiai potenciálsor egy áthághatatlan természettörvény.
Ez az oka annak, hogy az akkumulátoros autók (gépjárművek) soha nem érik el a felhasználóbarát szintet a működésben, mert az akkumulátorprobléma örökké fennmarad. És ezen nem lehet változtatni, mert az elektrokémiai feszültségsor adott. Két elektrolitnak maximum 5,4 V a feszültségkülönbsége. A Teslának 3,8 V a feszültsége. Tehát a teljesítményhez 100 darabot kell sorba és párhuzamosan kapcsolni. És akkor pokoli tűz van benne, ami a legkisebb hibánál – pl. öregedés miatt – ki tud és ki is fog törni. A lítium ráadásul idegméreg, és minden kémiai vegyülete oldódik vízben. Kína lesz az első, aki rájön, hogy ez mit jelent.
[Közzétevő: Csak egy gondolat a tűzveszélyességről. Még ha nem is állítjuk, hogy az elektromos járművek fokozottabban tűzveszélyesek, van egy óriási különbség a benzines és elektromos autók tűzveszélyessége között. A benzines járművek általában egy baleset következtében gyulladnak ki. A tüzet lehet lokalizálni, oltani, az érintett személyek és a tűzoltóság teszik a dolgukat. Evvel szemben nagyon sok, elektromos autóhoz kötődő tűzeset éjjel, garázsban, töltés közben következik be, a maga végzetes következményeivel a közelben tartózkodó többi jármű számára. És mai ismereteink szerint a lítiumakkumulátorokhoz köthető tüzeket nem lehet oltani, csak lokalizálni, a többi járművet menteni.
Honlapunkon beszámoltunk két, lítiumakkumulátorokhoz köthető tűzesetről:
2021 augusztusában közvetlenül az üzembehelyezés után gyulladt ki az ausztráliai Victoria szövetségi államban Melbourne közelében egy 300 MW teljesítményű, és 450 MWh energiát tárolni és leadni képes akkumulátortelepnek egyik 13 t tömegű lítiumionos technológiát alkalmazó cellája. A tűzoltók napokon keresztül próbálkoztak az oltással, ami nem járt sikerrel.
Watts Up With That: Amikor a lítium-akkumulátorokat szállító kamion kigyullad: Apokalipszis a pokolból (ismertetés a „Rövid Hírek” rovatban)
Az elektromos buszokhoz kapcsolódó nehézségekről itt számoltunk be. Innen származik a alábbi ábra is.]
Elektromos busz az éjszakai töltés után.
Források:
Akkumulátor (energiatároló) – Wikipédia
2024. november
Közzéteszi:
Király József
okl. vegyészmérnök
| Tetszett a cikk? Amennyiben igen, fejezze ki tetszését a részünkre nyújtott támogatással 300 Ft értékben. Bankszámlaszámom: – Király József – 10205000-12199224-00000000 (K&H) A közleményben kérjük megadni: klímarealista. |
