Akkumulátor Típusok

Az akkumulátortípusok áttekintése

Az akkumulátorokat kémia szerint osztályozzák, és a leggyakoribbak a lítium-, ólom- és nikkelalapú rendszerek. A lítium-ion 37 százalékos bevételi részesedéssel a hordozható eszközök és az elektromos hajtásláncok akkumulátorai között a legelterjedtebb. Ma nincs más rendszer, amely veszélyeztetné ezt a dominanciát.

• 37% Lítium-ion
• 20% Ólomsav, indítóakkumulátor
• 15% Lúgos, primer akkumulátor
• 8% Ólomsavas, álló akkumulátor
• 6% Cink-szén, primer
• 5% Ólomsav, mélyciklusú
• 3% Nikkel-fém-hidrid
• 3% Lítium, primer
• 2% Nikkel-kadmium
• 1% Egyéb

Forrás: Frost & Sullivan (2009)

Az ólomsav megállja a helyét, mint robusztus és gazdaságos áramforrás tömeges használatra. Bár a Li-ion egyre nagyobb teret hódít az ólomsavas akkumulátorok piacán, az ólomsavas akkumulátorok iránti kereslet még mindig növekszik. Az alkalmazások a következők szerint oszlanak meg: indítóakkumulátorok gépjárművekhez, más néven SLI (20%), helyhez kötött akkumulátorok tartalék áramellátáshoz (8%) és mélyciklusú akkumulátorok kerekes mobilitáshoz (5%), például golfautókhoz, kerekesszékekhez és ollós emelőkhöz.

A magas fajlagos energia és a hosszú tárolási idő miatt az alkáliakku népszerűbb, mint a régi szén-cink, amelyet Georges Leclanché 1868-ban talált fel. A nikkel-fém-hidrid (NiMH) továbbra is fontos szerepet tölt be, mivel a korábban nikkel-kadmium (NiCd) által kiszolgált alkalmazások helyébe lép. A 3 százalékos és csökkenő piaci részesedéssel azonban a NiMH egyre kisebb szereplővé válik.

Az akkumulátorok új felhasználási területe az elektromos hajtáslánc a személyszállításban. Az akkumulátorok költsége, hosszú élettartama és a környezetvédelmi kérdések diktálják, hogy az autóipar milyen gyorsan fogja elfogadni ezt az új meghajtási rendszert. A fosszilis üzemanyag olcsó, kényelmes és könnyen hozzáférhető; az alternatív üzemmódok kemény ellenállásba ütköznek, különösen Észak-Amerikában. Szükség lehet kormányzati ösztönzőkre, de az ilyen beavatkozás eltorzítja a valódi energiaköltségeket, elfedik a fosszilis üzemanyaggal kapcsolatos alapvető problémákat, és rövid távú megoldásokkal szolgálnak kiválasztott lobbicsoportoknak.

Az akkumulátorok növekedését tovább ösztönző új piacok az elektromos kerékpárok és a megújuló energiát tároló rendszerek, amelyekből a háztulajdonosok, a vállalkozások és a fejlődő országok profitálnak. A nagy hálózati tároló akkumulátorok összegyűjtik a nagy aktivitás idején keletkező többletenergiát, és áthidalják az űrt, amikor a bemenő energia mennyisége alacsony, vagy amikor a felhasználói igény nagy.

Fejlődés az akkumulátorok terén

Az akkumulátorok két fronton fejlődnek, ami a hosszabb üzemidőhöz szükséges nagyobb fajlagos energiában és a nagy áramú terhelési követelményekhez szükséges nagyobb fajlagos teljesítményben nyilvánul meg. Az akkumulátor egyik jellemzőjének javítása nem feltétlenül erősíti automatikusan a másikat, és gyakran kompromisszumot kell kötni. Az alábbi ábra a Wh/kg-ban kifejezett fajlagos energia és a W/kg-ban kifejezett fajlagos teljesítmény közötti kapcsolatot szemlélteti.

A fajlagos energia és a fajlagos teljesítmény szempontjából a legjobb teljesítményű akkumulátor a másodlagos lítium-fém (Li-fém). Egy korai változatát az 1980-as években mutatta be az akkori Moli Energy, de az anódon lévő fémes lítium instabilitása miatt 1991-ben visszahívták. A szilárd lítium hajlamos fémszálakat vagy dendriteket képezni, amelyek rövidzárlatot okoznak. A probléma megoldására tett további kísérletek más vállalatok részéről a fejlesztések leállításával végződtek.

A Li-fém egyedülálló tulajdonságai arra késztetik a gyártókat, hogy újragondolják ezt a nagy teljesítményű vegyszert. A dendritek megszelídítése és a kívánt biztonsági szabvány elérése a fémes lítium ónnal és szilíciummal való keverésével érhető el. A grafénnel is próbálkoznak egy továbbfejlesztett szeparátor részeként. A grafén egy vékony, egy atom vastagságú, hatszögletű méhsejtszerűen összekapcsolt tiszta szénréteg. Többrétegű szeparátorokkal is próbálkoztak, amelyek megakadályozzák a dendrit behatolását. Az új kísérleti Li-fém akkumulátorok 300Wh/kg-ot érnek el, és a potenciál ennél jóval nagyobb. Ez különösen az elektromos járművek számára érdekes.