Az elektromos és hibrid forrással működtetett közlekedési járművek ma már egyáltalán nem számítanak ritkának. Ezen járművek hatékonysága és működtetésükhöz szükséges infrastruktúra is jelentős fejlődésen ment át az elmúlt 10 évben és folyamatosan fejlődik. Ennek ellenére a mai napig számos hátrány és probléma nehezíti az elektromos működtetésű gépjárművek igazán széles körben való elterjedését. Ennek ellenére továbbra is úgy tűnik, hogy a hidrogén hajtású autók mellett az elektromos autók jelenthetik a jelen és jövő környezet barát közelekedésének a gerincét.
Az elektromos autók hatékonyságának egyik fő hátráltatója maguk az azokat működtető akkumulátorok. Pontosabban azok súlya. A jelenleg közúti forgalomban levő elektromos járművek összsúlyának 20-30 százalékát az akkumulátorok teszik ki. Ez több szempontból is hátrányos, már csak azért is mert az elektromos energia nagy része az akkumulátorok súlyából fakadó többlet súly mozgatására megy el.
Elektromos autó padlólemeze alatt "hagyományosan"elhelyezett akkumulátorok
Az elektromos autók hatékonyságának új lépcsőfokát jelenthetik nem az ún. strukturális akkumulátorok. Az ilyen akkumulátorok lényege, hogy nem egy a járműbe külön telepített egység hanem a járművet alkotó szerkezeti elem tárolja az energiát. Ebben az esetben magából az akkumulátorból épülfel az adot eszköz vagy jármű strukturája. A technológia nem új, a 2000-es évek elejétől fogva létezik. Az eleinte haditechnikában alkalmazott megoldást azóta is folyamtosan fejlesztik és mára eljutott arra a szintre, hogy közúti járművekben, polgári közlekedésre használt repülőkben de még mobiltelefonokban történő használatára is komoly perspektíva kezd nyílni.
A "Just Have a Think" videoja
Az elektromos autózás egyik úttörőjének vezetője a Tesla vezére Elon Musk már beszámolt arról, hogy a közeljövőben alakalmazásba fognak kerülni a strukturális akkumulátorok a Tesla járműveiben. A tervek szerint a Tesla autóiban jelenleg padló lemez alá elhelyezett külön modulból felépülő cellás akkumulátor pakk helyett egy tömbből kialakított nagy teherbírású szilárd egység látná el az akkumulátorok szerepét. Egy úttal ez lenne az autók padló lemeze. Így hozva létre egy ún. "súlytalan" a struktura részét képző akkumulátort.
A tesla strukturális akkumulátorainak prototípusa és terve
Az autó padló lemezét alkotó méhsejt szerkezetű strukturális elemek sejtjeibe fogják beépíteni a 4860-as akkumulátorokat. Az új megoldás először a Tesla Model és S Plaind modelljeiben fog megjelenni. Az effajta akkumulátor technológiából fakadón a jövőben az elektromos autók összsúlyának csökkenését, hatótávuk és energia felhasználásuk hatékonyságának növekedését és a jelenleg még meglehetősen drága elektromos járművek árainak csökkenését várhatjuk.
A strukturális akkumulátorokkal szemben támasztott elvárások viszonylag egyszerűek, de megvalósításuk koránt sem az. Nagy teherbírásúnak kell lenniük, egyúttal pedig az energiatárolási kapacitásuknak arányosan meg kel egyeznie a hagyományos moduláris akkumulátorokéval.
Chalmers Egyetem kutatója Johanna Xu által fejlesztett innovatív stukturális akkumulátor
Az elvárások teljesítésével azonban akadnak problémák. Az Amerikai Hadsereg által fejlesztett korai strukturális akkumulátorok szénszálas felépítésűek voltak. Ebben az esetben a karbonszálas anyagot és a fémhálós katód belsőt egy üveg szálas anyag választotta el egymástól. Teherbírása megfelelő volt azonban energia tárolási kapacitásuk korántsem volt magasnak nevezhető.
Korai strukturális akkumulátor felépítése
Az utóbbi idők legnagyobb előrelépését a svéd Chamers Egyetem és a svéd Királyi Műszaki Intézet közös projektje hozta el. Az általuk kialakított "súlytalan" akkumulátor a korábbi modellekéhez képest, mint egy tízszer nagyobb teljesítményre képest. Az alap elv a korábbiakhoz hasonló. Két réteg közé helyeztek el politmer elektrolittal kombinált üvegszálas anyagot. Az anódot szénszálak a katódot lítium-vas-foszfát bevonatos aluminuim képezi.
Az új fejlesztésű svéd strukturális akkumulátor
Ennek az új fejlesztésű akkumulátornak, már jóval nagyobb az energiasűrűsége elődeihez képest, de ez még mindig csak 24Wh/kg-ot jelent. Ez csak 20%-a a kereskedelemben jelenleg kapható akkumulátorokénak. Ez még sem jelent akkora problémát, hiszen a súlyvesztés miatt nem lesz szükség az elvesző teljesítményre, amelyre a legtöbb esetben a többlet súly megmozgatására ment el (elektromos autók stb). A modell energia sűrűségét folyamatosan fejlesztik. A jelenlegi előrejelzések szerint ezt feltornázható 75Wh/kg-ra. A szerkezeti rugalmassága jelenleg 25GPa, azonban ez az érték is elfogja érni a 75GPa-t. Ennek jelentősége is igen magas főleg, ha az autóiparban ebből az akkumulátorból majdanán létre hozott szerkezeti elemekre gondolunk.
Amennyiben a téma felkeltette az érdeklődésedet számos dokumentumot érhetsz el az Óbudai Egyetem Egyetemi Könyvtárának nyomtatott és digitális állományiban.
Big Breakthrough for “Massless” Energy Storage: Structural Battery That Performs 10xBetter Than All Previous Versions. By March 24, 2021
