Ahogy az elektromos járművek piaca folyamatosan lendül, egyes autóvásárlók továbbra is aggódnak a hatótávolság és a lítium-ion akkumulátorok biztonsága miatt. Ezen jogos aggályok megoldása érdekében sok pénzt és időt fordítanak új akkumulátortechnológiák kifejlesztésére.
Az elmúlt években a vállalatok egy régi, de továbbfejlesztett alumínium- és levegőalapú akkumulátorba fektettek be, amely jelentős előrelépést jelenthet az elektromos járművek iparágában. Az alumínium-levegő (Al-air) akkumulátor a jelek szerint egy EV-akkumulátor játékváltó, de ez az egész hype?
Mi az alumínium-levegő akkumulátor?
Az elektromos járművek létfontosságú szerepet játszanak a nettó nulla jövő elérésében. Azonban, tartományi szorongás és a lítium-ion akkumulátorokkal kapcsolatos biztonsági kérdések akadályozzák az elektromos járművek piacának növekedését. A lítium-ion akkumulátorok vezették az elektromos járművek forradalmát, de a hatótáv még mindig 400 mérföldre korlátozódik, ami problémákat okozhat hosszú úton.
Az a fáradság, hogy távoli területeken töltőállomást kell keresni, és várni, amíg az elektromos jármű feltöltődik, elriaszthatja a potenciális vásárlókat. A lítium akkumulátor egyéb észlelt problémái, mint például az akkumulátor leromlása, szivárgás és túltöltés, szintén nem sokat segítenek a helyzeten. Az összes többi akkumulátortechnológia mellett az Al-air akkumulátorok azért kapnak annyi figyelmet, mert nem kell újratölteni őket.
Ezen akkumulátorok koncepciója az 1960-as évekre nyúlik vissza. De mivel az elektrolitja veszélyesen maró és mérgező volt, nem lehetett kereskedelmi forgalomban használni. Trevor Jackson, az Egyesült Királyság Királyi Haditengerészetének mérnöke 2001-ben kezdett kísérletezni az akkumulátorral, így biztonságossá tette a használatát. Az Al-air akkumulátorok alumíniumötvözet lemezből, mint anódból, levegőkatódból, nem mérgező elektrolitból, például vízből és ezüst katalizátorból készülnek.
Hogyan működik az alumínium-levegő akkumulátor?
A hagyományos elektromos akkumulátorok két elektródával rendelkeznek, egy katóddal és egy anóddal, amelyek különböző anyagokból készülnek, köztük elektrolittal. Az akkumulátor használatakor ionok áramlanak az anódról az elektroliton keresztül a katódra. A töltés során az ionok az ellenkező irányba áramlanak vissza az anódhoz.
Az Al-levegő akkumulátorok az üzemanyagcellához hasonlóan működnek. Az anódnál alumíniumot, a katódon pedig oxigént használ. Az eredmény sokkal nagyobb energiasűrűség. Körülbelül nyolc-kilencszer nagyobb, mint az elektromos járművekben használt jelenlegi lítium-ion akkumulátorok, ami jelentős teljesítménynövekedést jelent. Az energiasűrűség azt méri, hogy egy akkumulátor mennyi energiát képes tárolni tömegegységenként. A teljesítménysűrűség azt méri, hogy tömegegységenként mennyi pillanatnyi energiát tud leadni.
Az anód az alumínium oxidációja során elektronokat szabadít fel, míg a katód az oxigént redukálja, hogy elektronokat szabadítson fel, így elektromos energiát termelve. A terhelést a külső áramkörön áthaladó elektronok által generált elektromos áram táplálhatja. A végeredmény egy fehér por, amely az anódon képződik.
Az alumínium-levegő akkumulátorok előnyei és hátrányai
Az alumínium a harmadik leggyakrabban előforduló természeti erőforrás a földkéregben, és a legnagyobb mennyiségben előforduló fém a Földön, így valószínűleg soha nem fogunk kifogyni. Lágyságának köszönhetően az alumíniummal könnyen megmunkálható, a lítiummal ellentétben stabil. Ráadásul nem mérgező. Az Al-air akkumulátorok további előnyei a lítium-ion akkumulátorokhoz képest:
- Olcsóbb elkészíteni
- Stabilitás
- Alacsonyabb szénlábnyom a bányászat és finomítás szempontjából
- Sokkal több energiát tárol
- Könnyebb, mint a legtöbb más akkumulátor, mivel az akkumulátor alumíniumból és levegőből készült
- Nagymértékben újrahasznosítható
Előnyei ellenére ennek az akkumulátornak van néhány hátránya. Először is az a hátránya, hogy elsődleges akkumulátor. Lényegében nem lehet újratölteni, ha az akkumulátor lemerült vagy lemerült. Ezenkívül az akkumulátor belsejében lévő levegő korrodálja az alumínium anódot. Ezért az akkumulátor alumíniumlemezét ki kell cserélni, ami költséges lehet. Ezenkívül az akkumulátor gyártási költségeit befolyásolhatja az akkumulátorban lévő ezüst ingadozó ára.
Problémák a lítium-ion akkumulátorokkal
A tudósok jobb akkumulátorokat fejlesztenek ki az elektromos járművek piacán uralkodó lítium-ion akkumulátorok hátrányai miatt. A lítium-ion akkumulátorokban használt lítium, nikkel és kobalt ritkaföldfémek, amelyek csak a világ bizonyos részein találhatók meg. Jelenleg az elektromos járművek teszik ki az utakon közlekedő járművek 6%-át, és ezeknek a fémeknek a bányászata jól halad; képzeljük el, amikor az elektromos járművek száma 50%-ra vagy 80%-ra emelkedik. A lítium-ion akkumulátorok további hátrányai a következők:
- Drága előállítani, bár az árak csökkentek
- A lítium instabilitása
- Stressz az országos hálózaton
- Drága és kifinomult töltőhálózatok
- A bányászattal és finomítással kapcsolatos környezeti hatások, bár egyre több lítiumelemet hasznosítanak újra
Akkumulátorcsere versus újratöltés
Vannak olyan tényezők, amelyeket figyelembe kell venni a mérlegeléskor akkumulátorcsere versus újratöltés. Egy töltéssel azonos hatótávolság eléréséhez egy lítium-ion akkumulátor 1/8-a méretű akkumulátorcsomagra lenne szükség. Az Al-air akkumulátorok könnyebb súlyának köszönhetően az elektromos járművek tovább tudnak utazni, növelve ezzel az általános hatékonyságot.
Könnyebb és kényelmesebb lesz az akkumulátort az elektromos járművön belül olyan helyre csomagolni, amely könnyen elérhető, így szükség esetén könnyen kicserélhető. Egyes vállalatok becslése szerint az alumínium-levegő elektromos járművek akkumulátorának csereideje mindössze három perc, így az elektromos járművek tulajdonosai gyorsan visszatérhetnek az útra.
Becslések szerint az Al-air akkumulátorok körülbelül 5400 mérföldet bírnak ki. A kérdés az: miért menne bárki is ezen az úton a töltés helyett? Az Al-air meghajtású elektromos autóval sokkal tovább mehet anélkül, hogy töltőállomást találna. Egy másik ok, hogy a lemerült Al-air akkumulátort újrahasznosítottra cserélni sokkal olcsóbb, mint a a Tesla akkumulátor cseréjének költsége. Mivel az egyetlen cserélhető alkatrész az alumínium lemezek, amelyek 100%-ban újrahasznosíthatók, ezért a megtett kilométerekért fizet.
Az alumínium-levegő akkumulátorok a jövő?
Lehetőség van Al-air akkumulátorok használatára a mai elektromos járművekben. Ezeknek az akkumulátoroknak a népszerűsége valószínűleg növekedni fog, ahogy az akkumulátorcserélő állomások egyre elterjedtebbek lesznek. Addig a lítium-ion akkumulátoros elektromos járművek hatótávolságának bővítésére is használhatók, megoldva azt a problémát, hogy újra kell tölteni, amikor nem tud.
Végül az elektromos járművek vásárlóinak lehetőségük lesz akkumulátort cserélni vagy újratölteni járműveiket, így végül sokoldalúbb elektromos járművek piacot alakíthatnak ki mindenki javára. Ennek eredményeként tovább fog gyorsulni az átmenet egy teljesen elektromos járművekre épülő világba.
