Az elmúlt évtizedben a szilárdtest-akkumulátorok (SSB) körüli várakozás és hype folyamatosan nőtt. A Toyota 2025-re ígérte az áttörést, a Samsung szerint már csak egy karnyújtásnyira vagyunk, míg a QuantumScape részvényei az egekbe szöktek a forradalmi akkumulátor-technológia reményében. Ennek ellenére ma is főként lítium-ion akkumulátorokkal hajtjuk elektromos autóinkat. A folyamatosan csúszó határidők és a „szilárdtest-akkumulátor” kifejezés marketingeszközzé vált, így egyre kevésbé egyértelmű, mit is takar valójában ez a fogalom.
A szilárdtest-akkumulátor definíciós problémája és a lényeg
Mielőtt rátérnénk arra, hogy mely cégek hol tartanak a fejlesztésekben, fontos tisztázni egy hitelességi válságot. Egy korábbi vizsgálat során például kiderült, hogy Yoshino „szilárdtest-akkumulátora” valójában folyékony elektrolitot is tartalmazott az anód és katód között. Ez azt jelenti, hogy nem teljesen szilárdtestes akkumulátorról beszélhetünk.
A „szilárdtest-akkumulátor” kifejezés ma már gyűjtőfogalomként használatos. Az ideális kép egy teljesen szilárdtestes akkumulátor (ASSB), amelyben nincs folyékony elektrolit. Ezzel szemben léteznek félig szilárdtestes akkumulátorok (semi-SSB), ahol az elektrolit kevesebb mint 10%-a folyékony, illetve kvázi szilárdtestes akkumulátorok, amelyeknél ez az arány 5% alatti.
A probléma, hogy ezekre az arányokra nincs egységes ipari vagy tudományos konszenzus. Egyes cégek nem is a folyadéktartalom alapján határozzák meg kategóriáikat, hanem inkább a teljesítményre fókuszálnak. Ez hasonló ahhoz, amikor egy fagylaltot „fagyasztott tejdesszertként” címkéznek – jogi vagy szabályozási definíció nélkül.
Szerintem azonban ez nem annyira lényeges. Ami igazán számít, az a felhasználói élmény: gyorsabb töltés? Nagyobb hatótáv? Biztonságosabb működés? Ha egy akkumulátor 10 perc alatt eléri a 80%-os töltöttséget és nem gyullad ki tűszúrás esetén sem, akkor kevésbé érdekel, hogy 3% vagy 0% folyékony elektrolit van benne.
A csúszó határidők és a fogalom homályossága miatt jelenleg komoly hitelességi válságban van az SSB-technológia. Még ha most valóban zajlik is egy prototípus- és pilotüzem-boom, az ipari méretű kereskedelmi bevezetés még mindig messze van – amit szakértők gyakran „fejlesztési pokolnak” neveznek.
Közeli kereskedelmi megjelenések
Nézzük meg először azt, ami már elérhető vagy előrendelhető bizonyos piacokon:
- MG4 (SAIC Motor): A kínai SAIC Motor 2023 augusztusában nyitotta meg az előrendeléseket az MG4 modellre, amely félig szilárdtestes akkumulátort használ (kb. 5% folyékony elektrolittal). Az akkumulátor biztonsági teszteken esett át – például háromirányú tűszúrásos vizsgálaton füst nélkül –, bár ezekről kevés részletes információ áll rendelkezésre. A hatótáv körülbelül 537 km (333 mérföld), energiasűrűsége 180 Wh/kg körüli. Az Anxin változat ára mintegy 102 800 jüan (~14 290 USD), ami versenyképes árnak számít.
- Mercedes-Benz és Factorial Energy: A Mercedes-Benz együttműködik a Factorial Energy nevű céggel, amely Massachusetts-ben nyitott pilotüzemet 2023-ban. A Mercedes EQS modelljével végzett teszt során egyetlen töltéssel 749 mérföldet (kb. 1205 km) tettek meg Factorial ASSB technológiával felszerelve – ez valós körülmények között elért eredmény.
Pilotüzemek és fejlesztési fázisban lévő projektek
Több nagy szereplő már pilotüzemeket működtet vagy fejlesztési fázisban van:
- QuantumScape és Volkswagen: QuantumScape QSE-5 SSB-ket szerel be új Ducati V21L elektromos versenymotorba. Az akkumulátor energiasűrűsége 844 Wh/L, töltési ideje kb. 12 perc 10%-ról 80%-ra. A technológia még nem került tömeggyártásba; a kereskedelmi bevezetést eredetileg 2024-re tervezték, de ez csúszik.
- Solid Power és BMW: ASSB fejlesztéseket végeznek BMW i7 modellhez; szulfid alapú technológiát alkalmaznak, amely kompatibilis az ipari szabványú gyártósorokkal. Bár ígéretesek az eredmények, további fejlesztések szükségesek.
- SK On (Dél-Korea): Saját ASSB technológiával rendelkezik WIP (Warm Isostatic Press-free) gyártási eljárással, amely növeli az energiasűrűséget (~800 Wh/L). Pilotüzemet nyitott Daejeonban; tervezett piacra dobás időpontját 2030-ról 2029-re hozta előre.
- Nissan: ASSB-k fejlesztése folyamatban van; partnerük az amerikai LICAP aktív száraz elektróda technológiájával dolgozik a gyártási költségek csökkentése érdekében. Pilotüzemet idén nyitottak meg.
Tudományos áttörések laboratóriumi környezetben
A fejlesztések nem csak pilotüzemekről szólnak; laboratóriumi kutatások is zajlanak:
- Huawei: AI segítségével optimalizált szulfid elektrolitokat fejleszt nitrogén-dopálással. Ez stabilabb kristályszerkezetet eredményezhet gyors töltési idővel (akár 5 perc), nagy hatótávval (~3000 km) és magas energiasűrűséggel (400–500 Wh/kg). Azonban ez még csak elméleti lehetőség; jelenleg nincs megfelelő töltőinfrastruktúra hozzá.
- Dalian Institute of Chemical Physics (DICP), Kína: Új ASSB prototípust alkottak nátrium-alumínium-hidriddel (NaAlH4), amely könnyebb és stabilabb alternatívája lehet a lítiumnak. Egyedi „core-shell composite hydride” szerkezetük leképezi az M&M cukorkát: vezető cerium-hidrid maggal és védő bárium-hidrid héjjal. Bár kezdetben magas kapacitást mutatott (984 mAh/g), hosszabb ciklus után stabilizálódott kb. 402 mAh/g értéken.
A valóság: gyártási kihívások és korlátok
Bármilyen ígéretesek is ezek a fejlesztések, komoly nehézségek állnak még előttük:
- Hőmérséklet-érzékenység: Sok szilárd elektrolit csak magas hőmérsékleten működik jól vagy érzékeny nedvességre. Hidegebb éghajlatokon ezért energiaigényes belső fűtőrendszerek szükségesek, amelyek növelik az autó súlyát és csökkentik hatótávját.
- Ciklusállóság és dendritek: A dendritek – lítium kristálytüskék – idővel átszúrhatják az elektrolitot rövidzárlatot okozva. Bár több módszer létezik ezek kezelésére, teljes megszüntetésük még nem sikerült.
- Szilárd-elektrolit interfész réteg (SEI): Ez egy fémes réteg képződik az elektródák körül használat közben, ami rontja az ionok áramlását és csökkenti az akkumulátor kapacitását.
- Kontaktus fenntartása: A szilárd anyagok hajlamosak leválni vagy hézagokat képezni töltési ciklusok során, ami növeli az ellenállást és rontja a teljesítményt.
- Tömeggyártás nehézségei: Az SSB-k gyártása eltérő technológiát igényel a hagyományos lítium-ion cellákhoz képest; nincs még kiforrott ipari háttér vagy tapasztalat ezen a téren.
Milyen távol vagyunk valójában?
A különböző megközelítések sokasága egyszerre biztató és aggasztó: biztató azért, mert sok szakértő dolgozik különböző irányokon; aggasztó pedig azért, mert nincs még egyértelmű győztes technológia vagy bevált megoldás.
A NASA Technológiai Érettségi Szintje (TRL) alapján sok fejlesztés még csak laboratóriumi fázisban van (TRL ~5), míg néhány pilotüzemi projekt már közelebb áll a gyakorlati alkalmazáshoz (TRL ~8). Az optimista határidők – mint például 2028 vagy 2030 – inkább célkitűzéseknek tűnnek mint biztos ígéretek; valószínűleg további csúszások várhatók.
Mégis fontos kiemelni: ha egy akkumulátor valóban képes kevesebb mint 12 perc alatt elérni a 80%-os töltöttséget megfelelő ciklusélettartammal és energiasűrűséggel, akkor kevésbé számít, hogy teljesen szilárdtestes-e vagy félig folyékony elektrolitos változat-e.
Például:
- Az MG4 bizonyítja, hogy félig szilárdtestes technológia már elérhető elfogadható áron;
- a Mercedes tesztjei igazolják a jelentős hatótáv-növekedést;
- a pilotüzemek pedig azt mutatják, hogy nagy autógyártók komolyan invesztálnak ebbe a jövőbe.
Záró gondolatok
Bár nem kaptuk meg azt a forradalmat, amit tíz éve ígértek nekünk, kétségtelenül haladunk előre egy jobb és biztonságosabb akkumulátor-technológia felé. Az elkövetkező években érdemes lesz figyelemmel kísérni ezeket a vállalatokat és fejlesztéseiket – különösen 2028 környékén –, hogy lássuk végül mely ígéretek válnak valóra.
Egyelőre tehát maradjunk óvatosan optimisták: nem forradalom jön most rögtön, de jelentős előrelépések igenis történnek.
Forrás: https://undecidedmf.com/solid-state-batteries-hype-vs-reality/