Magyar forradalom az akkutechnológiában

A magyar fejlesztésű Blewin-akkumulátor

2016.07.27. 07:00
Odajött hozzánk valaki az Aldi parkolójában, hogy megnézze a hibrid Volvo tesztautót, és mellesleg elejtette, hogy kifejlesztett egy újfajta akkumulátort, nem érdekel minket?

Ő volt Dr. Mészáros Tamás, aki nem tartja magát feltalálónak, elvégre az ólomakku nem mai találmány. A mérnök 62 éves, úgy 16 éve kezdte fejleszteni a Blewin néven emlegetett akkumulátorát, amely elvét tekintve ugyanolyan savas ólomakkumulátor, mint akármelyik autó indítóakkumulátora.

Eszembe sem jutna a telefonomba ólomakkut tenni, minden célra a megfelelő fajtát kell használni – mondja Tamás, de szerinte a lítiumnak túl jó a PR-je. Az ólomnak viszont rosszabb a híre a kelleténél, mert méreg – ami persze igaz, ha belélegezzük a gőzeit, vagy megesszük a sóit. De miért tennénk ilyet? A lítiumakku meg robban, ha nem megfelelően töltjük, az sem jobb. Ráadásul az akkukhoz szükséges nanostruktúra miatt ha egyszer már akkuban használták a lítiumot, soha többé másra fel nem használható. Ellenben az ólom kiválóan és olcsón újra feldolgozható.

Mire használjuk az ólmot?

Föld ólomtermelésének körülbelül a 60 százalékát használják akkumulátorok gyártására, ami szédítő mennyiség; 30 százalékot pedig forrasztóón-adalékként. A maradékból mindössze 3,5 százalék a lőszer, mivel az acél-, és egyéb magos lőszerek miatt az ólom kiment a divatból, de a vitorlások tőkesúlyától a horgászsúlyokig, ezer dologra használnak még. 2015-ben egyébként 4,7 millió tonna ólmot bányásztak a Földön, tehát felfoghatatlan mennyiségről van szó.

Dr. Mészáros Tamás teljesen racionális okokból foglalkozik ezzel a látszólag elavult technológiával: ezzel széles rétegekhez lehetne eljuttatni az környezetbarátabb közlekedést. A 48 voltos elektromos hálózatokkal ellátott hibridautók és társaik nem terjednek el robbanásszerűen – ahogy a villámgyors, de méregdrága Tesla villanyautók sem a széles rétegeknek szólnak. És amíg a szép holnap beköszönt, addig is kell valami, ráadásul szerinte az ólomakkuk történetében vagy 60 éve nincs lényegi újítás.

Eredetileg egyébként azért kezdtek az azóta elhunyt első üzlettársával a témával foglalkozni, hogy a szél- és napenergia tárolására kidolgozzanak valamilyen megoldást, amivel akár egy családi ház is eltehet egy kis áramot akkorra, amikor tényleg használná, mert sem a szél nem akkor fúj, sem a nap nem akkor süt, amikor kéne. Az ólomakku persze nehéz, mint az ólom, de a fejlesztés végén kiderült, hogy az újfajta akku lényegesen könnyebb, ám nagyobb áram leadására képes, kisebb veszteségű és gyorsabban tölthető. Így tömegben nem, de térfogatban már versenyképesek vagyunk a lítium-akkukkal – mondja a mérnök. Vannak területek, ahol ez már elég.

Az ólomakkuk kétségtelen előnye, hogy rettentő jól bírják azt az áramlökést, ami akkor éri őket, amikor beindítjuk velük a motort. Ilyenkor egy pillanatra olyan, mintha egy villáskulccsal rövidre zárnánk a két pólust. Nem véletlen, hogy még a hibrid autókban is meghagynak egy ólomakkut az indításra, mert a lökésszerű, nagy áram leadása nem a lítium-akkuk erénye.

Az ólomakkuk felépítése alig más a Blewin néven elnevezett akkuban, az igazi okosság a gyártási technológia és a rács kialakítása. Az akku, amit az autóban látunk, cellákból áll: minden cella 2 voltos, tehát egy személyautóban 6 cella van. Magát a cellát két elektróda, a pozitív és a negatív alkotja – mindkettő egy ólomrács-köteg, ezeket ólomoxid-masszával megkenik, a pozitívokat beleteszik egy-egy üvegszálas zacskóba (tudományos nevén szeparátor) és vízzel hígított kénsavba mártják.

Egy akku pont olyan jó, mint amilyen a rácsa, mondja a fejlesztő, és ő pont a rácsot készíti másképp, mint azt szokás. Alapvetően vagy öntik, expandálják (nyújtva hengerelés) vagy stancolják (kivágják) a rácsot a mai gyárak, és bár úgy tűnhet, rengetegféle akksit lehet kapni, valójában a világ akkumulátorgyártása java két nagy cég, az Exide és a Johnsson Controls kezében összpontosul. Sokszor a kisebb gyártók is a nagyoktól vásárolják az ólomrácsokat, aminek prózai oka van: az expandált rácsokhoz például akkor éri megvenni a csillagászati árú gépet, ha legalább évi kétmillió akkut legyártanak. Azok a kis cégek, akik maguk gyártják a rácsot, általában öntik azt.

Használjanak azonban bármilyen technológiát, az ólomrács sosem tiszta ólom, hanem ötvözőket tartalmaz, hogy az ólom feldolgozási tulajdonságai megfelelőek legyenek. Az öntött rácsokhoz például antimont használnak, mert ez szükséges a technológiához, de ez nagy önkisülést okoz. Az antimon kiváltására vetették be a kalciumot az expandált rácsoknál, de legyen bármelyik ötvöző, mindkettő végső soron az akku elszulfátosodását (=halálát) okozza idővel. Amikor pedig az akkut újra feldolgoznák, ezek az ötvözők inkább szennyezésnek minősülnek, ráadásul nem lehet szétválogatni a kalciumos és antimonos akksit, vagyis a végeredmény egy kutyulék, ám Mészáros Tamás szerint az ő eljárásával még ebből is tud átlagos minőségű akkut gyártani. Valójában a jó akkurácsot színólomból kellene készíteni.

Magát a trükköt nem árulhatjuk el, de valójában nem ördöngösség, ez is egyfajta öntészeti eljárás, hasonlót például az ékszergyártásban használnak. Azonban számos előnye van: szemben a sima, úgynevezett gravitációs öntéssel, egészen vékony, akár 0,6 mm vastag rács gyártására is alkalmas, kevésbé rideg, mint az expandált rács. És ami a legfontosabb: gyakorlatilag bármilyen formájú és anyagú rács gyártható így. Ebben a rácsban áram folyik, és ezzel a gyártási módszerrel olyan rács is készülhet, amelyet az I. Kirchhoff (csomóponti) törvényre lehet optimalizálni: vagyis azon a részen, ahol több áram folyik, nagyobb keresztmetszetet lehet neki biztosítani. A rácshálók ezért nem szabályos négyszögek.

A mai rácsok tömege általában 80-90 gramm, a Blewiné 32-40 gramm, és mivel a rács szálainak keresztmetszete olyan, hogy sokkal nagyobb az elektrokémiailag aktív felülete: vagyis ahol az ólom, az ólomoxid és az elektrolit érintkezik. Ha ez a felület nagy, kicsi lesz az akku belső ellenállása, az áramutak jók, kevésbé melegszik, kisebb a veszteség. És mivel nem melegszik, az elektrolit sem párolog.

Ez pedig két dolgot eredményez: egyrészt nagyobb áramot tud leadni, másrészt felvenni is. A mai elektromos és hibrid járműveknél pont az akkuk áramfelvétele korlátozza a fékenergia visszatermelését. Dr. Mészáros Tamás elmondja az általunk is többször leírt ökölszabályt: ha egy klasszikus ólomakku névleges kapacitása 60 amperóra, akkor azt a 60 amper tizedével, azaz 6 amperrel szabad tölteni, ha nem akarjuk eldurrantani. A Blewin-akkut akár a névleges kapacitás felének megfelelő árammal is tölthetjük, a példánál maradva: 30 amperrel. Ez nagyon durva különbség. Ráadásul az ólomakku hálás jószág, nem igényel bonyolult töltésszabályzást, lényegében önmagát szabályozza, míg egy lítium-ion esetében cellánként kell a töltőáramot és a hőmérsékletet figyelni, hogy ne legyen baj.

És bár öntésről van szó, van itt még egy nagy technológiai különbség: míg a hagyományos (gravitációs) öntési eljárásnál egy tonna ólom öntéséhez további négy tonnát(!) kell olvadékban tartani. Ráadásul ezt nyílt kokillával csinálják, párolog, mint a húsleves fedő nélkül, márpedig az ólom ebben a formában tényleg nem barátságos. A Blewin-módszernél mindössze 20 százalék többletre van szükség, azaz ha egy tonna ólmot akarunk kiönteni, akkor nem öt tonnát kell rotyogtatni, hanem mindössze 1,2-t, ráadásul ezt is védőgáz alatt tartják, az ólom gőzei nem kerülnek ki. Mivel nem acél, hanem könnyűfém az öntőminta, az energiaigény is lényegesen kisebb – hiszen a szerszámot le kell hűteni, majd állandóan felmelegíteni. Az eljárás termelékenyebb is, míg a hagyományos öntéssel 1 rácspár legyártása 16 másodperc, addig itt 45 másodperc alatt 240 pár rács készülhet. Az ehhez szükséges rácsgyártó gépet és technológiát is kifejlesztették.

Dr. Mészáros Tamás egyébként ennek ellenére sem túl optimista a Blewin jövőjét illetően, hiszen az akkugyártást uraló nagy cégek csöppet sem érdekeltek abban, hogy hosszabb élettartamú és hatékonyabb akkumulátorokat áruljanak. Marad a monolit felépítés, szemben a Blewin cellánként javítható kialakításával. A szemünk előtt zajlott le az akkuk élettartamának rövidülése, pár éve még általános volt, hogy kétéves garanciát adtak a legolcsóbbra is, ma már a többségre csak egy évet vállalnak a gyártók, három év használat után pedig minden nap ajándék. Magyarország amúgy is túl kicsi piac egy ilyen technológiához, de a fejlesztő azért szeretné a jelenlegi üzlettársával elkerülni, hogy valaki megvegye, és elsüllyessze egy fiókba az egészet. Az esélyeiket azonban javítja, hogy az újabban előtérbe kerülő 24 voltos (lágy, vagy mild-) hibrid rendszerekhez, a megújuló energiák tárolásában, vagy akár hadiiparban csak örülnének a korábbi ólomakkuknál könnyebb, olcsó és jól reciklálható akksiknak.