Lítiumion-akkumulátorok ma
2010-ben a csődközeli Tesla úgy küzdött pár száz kézimunkával átalakított Lotus Elise elpasszolásáért Roadster néven, hogy a visszahúzódó hajkoronájú Elon Musk kis híján maradék sörényétől is megszabadult, tavaly aztán oly könnyedén ment el a gyártósori újításokon átesett S3XY modellkínálatból félmillió, hogy Elon haja besűrűsödött, a Tesla piaci kapitalizációja pedig megcélozta az egybillió dollárt. Akik évek óta short pozícióban várják a Tesla lufi kipukkanását és a tavaszi szellőt, hogy Musk beültetett tincseit elfújja, 40 milliárd dollárt veszítettek abban a 2020-ban, amikor a villanyautó márka 31,5 milliárd dollár árbevételt és 6,6 milliárd dollár nyereséget termelt világjárvánnyal, bezárt gyárakkal és megroppant autóipari kereslettel. Elkerülte a kritikus figyelmét, hogy a Teslának nem csak fanatikus rajongótábora nagy (amely az üveggolyóval lezúzott, brutalista Cybertruckból csak azért előjegyzett 600 ezret, „mert Elon”), hanem a gazdasági-környezetpolitikai támogatóköre is Joe Bidentől kezdve Kínán át az EU-ig, az EV-s hatalomátvétel meggyorsítására.
Elon Musk Tesla Roadsterében, amit azóta kilőtt a világűrbe (forrás: BusinessInsider) [+]
Cikkünk arra kíván rávilágítani, hogy a márka és az egész villanyautó műfaj sikere mennyire függ a dizájnon és a specifikáción túl az akkumulátortechnológiáktól és a cellagyártáshoz szükséges nyersanyagoktól, és bár mifelénk még kevés Tesla fogy, készül a márka a hazai szervizközponttal és hivatalos jelenléttel, ergo releváns márka. Végül pedig Musk cége éppúgy úttörő az átalakuló autópiacon, mint Steve Jobs Apple-je volt az iPhone felfutásakor sok egyszerű teló és PDA között, és ott is a szorgosan épített ökoszisztéma volt a siker kulcsa. Előnyoldalon a Tesla piacvezető hatótávot és gyorstöltő hálózatot kínál, hogy több napnyi városi gurulásra elég töltöttség kerüljön a verdába egy BoJack Horseman epizód megtekintése vagy némi Witcher III szörnyirtás során.
A 2021-es Model S Plaid, amely 2,1 mp alatt van 100-on (forrás: Tesla) [+]
Ott van aztán az elképesztő gyorsulás a nyuggervariánsok esetében is, a Model S Plaid meg 2,1 mp alatt ugrik 100 km/h-ra. Az autopilóta a sztrádán könnyíti a vezetést, a belső bétánál tartó teljes önvezetés pedig idővel mindenféle sofőr jellegű beavatkozástól megszabadulna. A vezetékmentes frissítésekkel javuló hatótáv, az évek után is befutó szoftverfunkciók, a fingó mód, a kígyó dzsessz és sok helyütt olyan jól kiépített Supercharger hálózat, hogy kontinentális túrára lehet menni töltés para nélkül, zéró lokális kibocsátással út közben meggyőzték a világot, hogy életképes a villanyautó, így boldog-boldogtalan ilyen négykerekűt épít.
Elon Musk a megzúzott Cybertruck előtt (forrás: Sky News) [+]
2030-ra Musk húszmillió Tesla legyártásával számol, úgyhogy EV piacvezetőként azért is érdemes foglalkozni a márkával, mert Musk nagy hatalmához nagy felelősség jár, hogy ne csak kényelmi és sebességbeli, hanem fenntarthatósági és kibocsátási oldaláról is kijelölje a műfaj számára az utat. Ebben pedig kulcs az elektromobilitás évtizedében a környezettudatos akkumulátor fejlesztés és újrahasznosítás, hiszen villanyosítani kívánják a tehergépjárműveket és a tömegközlekedési eszközöket is. Az átálláshoz nem csak nagy energiasűrűségű és olcsó, hanem rendkívül hosszú ciklusélettartamú akkumulátorcellák is kellenek – illetve sok millió tonna nyersanyag, amiből előállítáják, szóval komplex az akkuképlet, amit a Tesla szemszögén kereszül igyekszünk darabjaira szedni, egy kis előtörténettel.
Első fecske: a General Motors EV1 1997-ből (forrás: Wikipedia) [+]
A General Motors 25 éve befuccsolt és bezúzott EV1 villanyautójának savas ólomakkumulátora minden volt, csak környezetkímélő és hosszú hatótávú nem, jöttek aztán nikkel-metál-hidrid ionos próbálkozások, ám az igazi áttörést a magasabb energiasűrűségű lítiumionos megoldások jelentették. Ez összefoglaló név igen sokrétű cella összetételre, úgyhogy alapozzunk egy kicsit. Egy akkumulátorcellában lítiumionok tárolják a töltést, és ezek mozognak a negatív töltésű elektróda, vagyis az anód felől a pozitív katód felé a folyékony elektroliton és szeparátoron keresztül.
Hagyományos, hengeralakú cella anóddal, katóddal, szeparátorral és kivezető fülekkel (forrás: Tesla) [+]
A folyamattal elektrokémiai potenciál áll elő, amitől megindul az elektronok vándorlása, és a fémfólián majd a kivezető fülön kijutva máris ellátják a kapcsolódó eszközt energiával. A telep töltésekor értelemszerűen ellentétes irányban mozognak az elektronok és a lítiumionok. A töltési/kisütési ciklusszám ugyanakkor véges, a folyékony elektrolitban idővel ugyanis tüskeszerű dendritek keletkeznek, amelyek növelik a belső ellenállást, csökkentik a kapacitást, és ha túl nagyra nőnek, az anód és a katód között rövidzárlatot és tüzet okozhatnak – ezért szokás a villanyautók pakkját 20% kapacitásvesztés után lecserélni.
A 2016-os Model S akkumulátorpakkja, modulokba rendezve (forrás: Electrek) [+]
A Tesla által bevetett akkumulátorok grafitalapú anódot használnak, némi szilícium doppingolással mostanság. Katódból sokféle kombináció létezik domináns fém szerint: a mangán vagy vas-foszfát alapúak olcsóbbak és alacsonyabb energiasűrűséget biztosítanak, a magas nikkeltartamúak drágábbak és nagyobb hatótávú akkupakkokhoz elengedhetetlenek – az utóbbiakhoz szokás némi kobaltot keverni a magasabb cellabiztonságért, ám ennek afrikai bányászata etikai aggályokba ütközik. Az elmúlt évtizedben mindenesetre annyira demokratizálódott a lítiumion telep, hogy 1 kilowattóra tárolókapacitás előállítása 1100 dolláról nagyjából 100 dollár környékére zuhant, viszont a görbe ellaposodott, és új fejlesztések kellenek a további zuhanáshoz.
A Model 3 kevesebb modult használó akkupakkja (forrás: Teslarati) [+]
A fajlagos energiasűrűség ezzel párhuzamosan megugrott: a Tesla főpartnere a nevadai Gigafactory gyárban, a Panasonic lassan megközelíti 300 Wh/kg-ot cellaszinten, a Model S és X-be 18 mm átmérőjű és 65 mm magas hengeres cellákat, a Model 3-ba és Y-ba pedig 21/70 millimétereset pakolva. Ehhez csatlakozik idén a Tesla 46/80 mm formátumú cellája számos újítással, ezt később részletezzük. A kínai CATL vas-foszfát cellákkal száll be az olcsóbb sanghaji modellek ellátásába, magas nikkeltartalmú akkuvariánsa pedig állítólag átlépte a 300 Wh/kg-os határt, míg a Nio pedig részben folyékony, részben szilárd elektrolitos cellája 2022 végére ígér 360 Wh/kg-ot – a kínaiak egyébként nagyon erős pozícióban vannak az akkumulátorgyártás minden fázisában. Belátható, hogy nagyobb energiasűrűségű telepből, azonos hatótávhoz elég kisebbet az autóba pakolni, melynek javulnak a menettulajdonságai, avagy ugyanakkora akkupakkot beépítve nagyobb energiasűrűséggel megnő a hatótáv, és a Teslák évről-évre előre lépnek a dologban. A Model S Plaid+ variánsa például 840 km-t ígér 4680-as celláival az év második felében befutva, a később érkező Roadster és a Nio hibrid elektrolitos ET7 szedánja pedig 1000 km-t.
(forrás: Wccftech) A Nio ET7, amely idővel 1000 km hatótávú akkumulátorral is elérhető lesz [+]
Az energiasűrűség tovább növelésén kismillió vállalat és labor dolgozik lítium-metál, lítium-levegő és a szilárd elektrolitos technológiákkal, megnyitva az utat a teljesen vagy részben elektromos hajtású vízi és légi járművek előtt, de sok problémát meg kell még oldani az anód, a ciklusélettartam és a megfizethető tömeggyártás oldaláról, így évekre lehet a tömeggyártás. Addig a meglévő technológiákból kell kihozni a maximumot, minél hosszabb élettartammal, de amúgy egy akku karrierje a villanyautós használat végén nem feltétlenül fejeződik be: felhasználható a pakk másodlagos területen, lásd az Óbudai Egyetem villanyautó töltőjét, ahol a napelemek által gyűjtött energiát egy 24 és egy 40 kWh-s, használt terep tárolja, majd adja tovább az odaparkoló járműnek. A Tesla akkumulátoros pozíciója többek között azért erős, mert bár cellákat csak most kezd gyártani, vannak elképzelései az újrahasznosításról, kínál háztartásokba szánt telepet (Powerwall) és megújuló energiájú erőművekhez társított óriás energiatárolót (Megapack), ergo van hosszútávú megoldása a járművekből kiemelt telepek másodlagos felhasználására és a nyersanyagok visszanyerésére.
A Hornsdale szélerőműfarm és Tesla Megapack energiatárolók (forrás: Aurecongroup) [+]
Musk korábban amúgy 480-800 ezer kilométeres életciklusról beszélt a Model 3 akkumulátorai esetében, és a Tesla nyolcéves garanciát vállal a telepre, de azért bőven lehet olvasni arról, hogy a valós életben, extrém hőmérséklet ingadozás és kihajtott járművek esetében jóval hamarabb cikluséletük végére érnek, és akkor lehet cserélni. Több, bár régebbi elemzés ráadásul rámutat: a gyorstöltés a nagyobb hőtermelés és hőtágulás miatt gyorsabb élettartam csökkenéssel jár, márpedig éppoly kényelmes 200 kW-ot felvevő villanyautóval 430 km hatótávot tankolni 20 perc alatt, mint mobiltelefont 120 wattos adapterrel kávézás közben csurig tölteni. Szükség van tehát egy olyan telepre, ami bírja a gyűrődést, és ezt millió mérföldes akkumulátorként szokták emlegetni, elég hozzávetőlegesen. Vannak trükkök persze az érkezésükig az akkukímélésre: a Tesla Supercharger felé haladva például elkezdi a verda a celláit ideális hőmérsékletre hűteni vagy melegíteni évszaktól függően, plusz az EV gyártók nem nagyon engedik a csutkára merítést és nem javasolják a 100%-os töltést, ezzel is kitolva az élettartamot.
Az egymillió mérföldes kérdés
2016 óta dolgozik együtt a lítiumion specialista Jeff Dahn és a Dalhousie University csapata a Teslával, és épp most hosszabbítottak az együttműködésen 2026-ig. Dahn 2019-ben hívta fel magára „egymillió mérföldes akkumulátorával” a figyelmet, rámutatva labor eredményeivel, hogy a színvonalas lítiumion cellák (konkrétan 200 mAh-s egységeket töltött és sütött ki 100%-os, 75%-os, 50%-os és 25%-os szinten) egy 350 km hatótávú villanyautóra számolva legalább egymillió mérföldes életciklust biztosíthatnak, avagy 1,6 millió kilométer használat után kell csak lecserélni. Aligha véletlen, hogy Elon Musk is szűk egy éve beszél az egymillió mérföldes akkumulátorok korszakáról, Dahn tavaly szeptemberben pedig azzal frissítette kutatását, hogy a 2019 óta folyamatosan vizsgált cellák még mindig bírják, és 100%-os töltési/kisütési ráta esetében is meglehet a 3,5 millió kilométeres élettartam.
Jeff Dahn, a Dalhousie University professzora (forrás: Theglobeandmail) [+]
A lenti grafika a cellák kapacitásvesztését mutatja a töltöttség és a töltésórák viszonylatában – minél meredekebben esik a görbe, annál jobban csökken az elérhető kapacitás. Míg a veszteség teljes és 75%-os töltés/kisütési esetében 20 ezer töltésóra után közeledik a cellaélettartam végéhez, addig a félig és negyedig töltött és merített cellák 15 ezer ciklus után sem mutatnak jelentős degradációt. Ha pedig efféle, amúgy semmilyen radikális fejlesztést nem igénylő cellák a villanyautókban kikötnek, és ott évtizedekig bírják (ez persze csak évek távlatából fog kiderülni), a telep később amortizálódhat le, mint a verda többi része, számos opciót adva a tulajnak. Beépítheti az akkupakkot otthoni megújuló energiarendszerébe tárolóként, eladhatja vagy bepakolhatja egy új EV-be, akku nélkül megvéve.
Kapacitásvesztés Dahn celláiban 20 ezer óra folyamatos töltés/kisütés után (forrás: Dres Dalhousie) [+]
De megnyílhat az út a villanyautót hálózatra kötni (vehicle-to-grid), hogy a júzer a tárolt energiát csúcsidőszakban eladja, majd hajnalban (olcsóbban) visszatöltse, amit egyelőre elég vonakodva támogatnak a helyi áramszolgáltatók, plusz a járműnek és a hálózatnak fizikailag tudnia kell a kétirányú átvitelt. Mindenesetre sok helyütt tölthető vissza a hálózatba a lakossági napenergia, amit aztán a felhasználó a szolgáltatótól „levásárolhat”, és kezdenek elterjedni a virtuális erőművek (VPP), ahol egyenesen egy rakás decentralizált, lakossági és ipari napelem- és szélfarm állítja elő az energiát, és számos tárolóval együtt dolgozik azon, hogy egy háztömb vagy városnegyed igényét részben vagy teljesen kielégítse. Ilyen VPP épül például Dél-Ausztráliában, a Hornsdale Power Reserve pedig a helyi szélerőműhöz kapcsolt Megapack rendszerrel balanszírozza a helyi hálózatot, csökkenti a villanyszámlát és száll be tartalékenergiájával nagyobb kimaradás esetére. A Teslának már működik energiamenedzsmentre és kereskedésre specializálódott szoftvere (Autobidder), és ha a rendszerbe a villanyautó méretes akkuja is bekapcsolódik, elkerülhető a környezetszennyező ideiglenes fosszilis erőművek (peaker plant) beizzítása a nagy energiaigényű időszakokban.
Az extrém hosszú élettartamú telepek új iparágakban is kapóra jöhetnek: Dahn egy Dánia és Svédország között mozgó, elektromos hajtású komp esetében egyetlen nap 46 teljes töltéssel számol, míg egy elektromos vagy hibrid repülőgép naponta 6-7 ciklust pakolhat a telepbe (Musk saját VTOL-ját már a Vasember 2-ben belengette). Aki képes lesz ezekre a területekre is kellően kitartó és magas energiasűrűségű akkumulátorokat gyártani, rendkívül előnyös piaci pozícióba kerülhet, plusz megannyi startup és nagy cég dolgozik a szintén nagy cikluskívánalmú tömegközlekedési és tehergépjármű eszközök villanyosításán – csak az Amazon tízezret rendelt a Rivian szállítójárgányából.
Apple Car koncepciókép – lesz vagy nem lesz? Mostanság LFP cellával pletykálnak róla (forrás: Macrumors)
A minap a Pennsylvania State University egyetem és az EC Power State Collage kutatása arra jutott, hogy 60 fokon fenntartott környezetben az LFP, vagyis lítium-vas-foszfát cellák (LiFePO4) 3,2 millió kilométeres élettartamot is elérhetnek, míg Dahn nem zárja ki, hogy az elhasználódás szempontjából kényesebb, nagy mangán- és nikkeltartalmú katódok is bírhatnak ennyit. Talán az se véletlen, hogy épp a hosszú élettartam diskurzusába estek be az aktuális Apple autó pletykák: állítólag az almások is LFP katódon dolgoznak, a CATL efféle cellái pedig állítólag kétmillió kilométert bírnak. A Teslának pedig annyira megnőtt az energiaigénye és annyi tapasztalatot gyűjtött bő egy évtized alatt, hogy elérkezettnek látta az időt – sőt: belemenekült az akkugyártásba.
A Tesla Akkumulátornapja
Előremutató technológiákról és csodaakkumulátorokról mindennap hallani, aztán mindig kiderül, hogy évekre vannak a tömeggyártástól, lásd a QuantumScape teljesen szilárd vagy a Nio hibrid elektrolitos fejlesztését. A cellák pedig most kellenek, méghozzá csillió számra és olcsón, és a Tesla épp ezért kezdte 2015-ben megépíteni a nevadai Gigafactoryt a Panasonic részvételével – hogy aztán 40%-os kiépítésnél megálljanak. Egyfelől azért, mert a partner egyszerűen nem tudta exponenciálisan növelni az éves akkutermelést, másfelől azért, mert sikerült a gyártósorokat hatékonyabbá tenni. A Panasonic az energiatárolókba lítium-nikkel-mangán-kobalt (NMC, LiNiMnCoO2), a villanyautókba pedig lítium-nikkel-kobalt-alumínium katódos cellákat gyárt (NCA, LiNiCoAlO2), alulról közelítve a 300 Wh/kg cellaszintű energiasűrűséget és felülről a 100 dolláros árat. Ezzel a fremonti gyárat kiszolgálja, ám munkába állt a sanghaji, és érkezik a brandenburgi meg a texasi, úgyhogy bekapcsolódott a Tesla ellátásába az LG Chem lítium-nikkel-mangán-kobalt-alumínium celláival (NMCA, LiNiMnCoAlO2), a CATL meg a jelzett LFP-vel.
Hagyományos 2170-es cella (jobbra) a kövérebb 4680 ellenében (forrás: The Limiting Factor) [+]
Ám a Tesla terveihez ez is kevés, és a 2020 őszén megtartott akkumulátornap tulajdonképp nem elektrokémiai áttörésekről, hanem az új formátumú, 46 mm átmérőjű és 80 mm magas, hengercella gyártósori bevezetéséről szólt. Nagyobb cellát olcsóbb gyártani, a nagyobb űrtartalom pedig nagyobb energiatárolást tesz lehetővé – a Tesla csak az új formátumtól 16%-os hatótáv növekedést vár. A 4680-as cella viszont jóval hosszabb tekercsből áll, és ha az elektronoknak ezen végigrobogva kellene egy apró fülön át távozni, megnőne az útjuk, vele pedig a cella ellenállása, hőtermelése és elhasználódása. Úgyhogy fogta Musk csapata, és kihajította a hegesztés miatt a cellagyártást egyébként is megakasztó fület, pontosabban a tekercs teljes széle azzá vált, összetekerve sziromszerű formát alkotva. Így az elektronok sokkal több helyen és rövidebb úton távozhatnak a cellából, csökkentve a belső ellenállást és a hőtermelést, megnyitva az utat a hosszabb élettartam és a problémamentes gyorstöltés előtt.
A 4680-as cella felülről, sziromszerűen egymásra hajló fülekkel (forrás: Tesla) [+]
Musk szerint bármely termék tömeggyártása százszorta komplexebb feladat a tervezésnél és prototípus építésnél, az akkugyártást megreformálni pedig még kockázatosabb, a vállalat épp ezért vásárolt be erre specializálódott szakcégekből (Maxwell Technologies, Grohmann Automation, Hibar Systems, SilLion Inc.), hogy topkategóriás mérnökökkel kitaláljon olyasmit, ami korábban nem létezett. Az eredmény a hagyományos, lassú, helyigényes és környezetszennyező gyártást váltó, palackozóüzemekre jellemző, folyamatos gyártósorok megalkotása lett, és ha a Kato Road-i prototípusgyár akkusorait rövidtávon sikerül a kihozatal és sebesség oldaláról optimalizálni, hétszer gyorsabban állíthatnak elő egységnyi kapacitást – 20 GWh-t soronként! Egy időben ennyiért a teljes nevadai gigagyár felelt.
Száraz elektródatermelés, minimális helyigénnyel (forrás: Tesla) [+]
A Tesla már bele is tervezte akkuüzemét a berlini és texasi Gigagyárba, és a Panasonicnak is engedi a 4680-as formátum használatát. A Maxwell technológiájával az elektródagyártás is leegyszerűsödik: a hatalmas méretű, nagy kibocsátással és hőtermeléssel járó wet slurry eljárást szárazanyagú elektródaburkolás váltja (dry battery electrode), töredék helyigénnyel, szennyező kemikáliák és a melegítés/szárítás kispórolásával. Az anód/katód fóliájához ugyanis porállagban adják hozzá az elektróda anyagát, melynek egyenletesebb eloszlásával ráadásul könnyebben mozoghatnak az ionok, csökken a cella belső ellenállása, javítva az energiasűrűségen és jó eséllyel az élettartamon.
Nyers szilícium burkolása elasztikus polimer réteggel és kötőanyaggal (forrás: Tesla) [+]
A Tesla az anód összetételével is variál, a grafit kárára növelve a jóval olcsóbb és több lítiumion tárolására alkalmas szilíciumtartalmat, további 20% hatótávot nyerve. Igaz: a szilícium térfogata komoly mértékben nő ionok befogadásakor, melyre rugalmas és jól vezető polimerburkolattal és kötőanyaggal kívánnak gyógyírt találni – ez talán a 4680 cella legkomplexebb mérnöki problémája. A márka az elemzők szerint ezért óvatosan fogja a szilícium arányát növelni, talán 20-30% környékén indítva, ha pedig a komplex elektrokémiai problémákat megoldják, akkor a dologból a gyorstöltés és az energiasűrűség tovább profitálhat. A Tesla anód a vállalat összes katódvariációjával kompatibilis: a vas-foszfát alapút, rendkívül hosszú élettartammal az önvezető taxikba, az olcsóbb modellekbe és az ipari energiatárolókba szánják. A nikkelt és mangánt kombináló katód ideális a háztartási energiatárolók és a nagy teljesítményű járművek esetében, kellő hatótávot biztosítva. Végül a nagy nikkeltartalmú katód a tömeg szempontjából kényes járművekben, így a Cybertruckban és a Semi kamionokban köt majd ki a cellák csúcsteljesítménye miatt.
A katódfajták felhasználási területei – keresd a képen a leleplezés előtt álló, 25 ezer dolláros belépőmodellt! (forrás: Tesla) [+]
A katódot, ahol lehet, a Tesla kívánja gyártani (először Texasban), még 4% hatótávot nyerve, helyi forrásból szerezve a nyersanyagot (USA: Piedmont Lithium, Kína: Yahua, tippek Európára: Cinovec), sőt: egy nevadai salaklelőhelyet megkaparintva maga is megpróbál majd környezettudatosan termelni, konyhasóval kioldva a lítiumot, amit pár szakértő azért megmosolygott. Hosszú persze az út a Tesla cellahálózatának teljes kiépítéséig, 2025-re mindenesetre 50 dollár környékére eshet a kilowattóránkénti ár, és ebből egy másik újítás is kiveszi a részét: a strukturális akkubeépítés (structural battery). Az EV-k telepét általában a masszív padlólemez alá helyezik modulokra bontva, szigeteléssel és hűtéssel a külső elemektől védve. Az új ötlet: ha amúgy is acélházba bújuk a 4680-as cella, miért ne ragasszák őket egybe, két könnyített acéllemez közé méhkasszerű tartó- és hűtőszerkezettel, hogy a telep is kivegye a részét a jármű strukturális integritásából, cserébe az autó tömegén és térfogatán spórolva?
A strukturális akkumulátorpakk (forrás: CleanTechnica) [+]
Az ötletet Musk a repülőgépgyártáshoz hasonlította: régen volt a szárny, és hozzátervezték az üzemanyagtartályt, aztán valakinek eszébe jutott, hogy lehet az üzemanyagtartályt szárnyformájúra tervezni, és két legyet ütöttek egy csapásra. Járulékos nyereség, hogy a cellák szoros elhelyezése a tömegközéppont közelében jobb menettulajdonságot hoz a kiterített akkuszőnyeg ellenében, az efféle padlólemezhez pedig kolosszális, Giga Casting öntőformával alkotott, elülső és hátulsó vázszerkezet monstrumok kapcsolódhatnak, három elemből összelegózva a Teslák ellenálló vázát, még 14% hatótávot nyerve. Ezek az újítások mind gyártósoron vannak, és szükség is lesz rájuk, mivel amíg a Panasonic 2019-ben összesen 35 GWh akkukapacitást tudott termelni évente, a Tesla maga készül 2022-ben 100 GWh-ot, 2030-ban pedig 3 TWh-ot elérni. Hát igen, Elon és az ambiciózus tervek – mondjuk jeleztük, hogy honnan indultak az eladások, és hol tartanak ma. A jövőben az egész vázszerkezetet egy elemből kívánja a Tesla legyártani, ha viszont egyberagasztják a telepet a jármű egész alsó felével, komplikáltabb lesz a csere, épp ezért még fontosabbá válik, hogy ne használódjon el pár év alatt.
A strukturális akkumulátorpakk első-hátsó Giga Casting elemekkel (forrás: Tesla) [+]
Az akkumulátornapon mindenről szó volt, csak a sokat emlegetett millió mérföldes akkumulátorról nem – persze rossz stratégia ellőni minden puskaport, elgáncsolva a meglévő termékeket egy később érkező promózására. Ezt Osborne-hatásnak hívják, és ebbe bukott bele egy számítógépes vállalat, amely annyira jó reklámot csinált a következő terméknek, hogy senki nem vette meg a jelenlegit, és csődbe ment. Szeptember óta viszont elég idő eltelt, hogy a Tesla 4680-as gyártósorai kiforrjanak, és megjelenjen egy kedvcsináló, mérnöktoborzó videó.
Az itt látható sorok valóban egy palackozóüzem szorgosságára emlékeztetnek, és a rejtett célzásokban jeles Musk eldugott egy utalást: az ügyesek kihallhatják a háttérzenéből a töltés szót és a millió mérföld szókapcsolatot. Mivel nincs elméleti akadálya, hogy a Tesla magas nikkel és mangánalapú katódjai is hozzák a hosszú élettartamot, a Tesla pedig a Model S Plaid+ modell és a brandenburgi Model Y-ba szánja a 4680-as cellát először, eléggé úgy tűnik, hogy a videó „elszólta magát”, és a cellák tényleg rendkívül kitartóak lesznek. Persze pár hónapot vagy évet majd várni kell, míg kiderül, minden az ígéretek szerint alakult-e, mert aztán lehet, hogy csak az LFP telepek bírják évtizedekig.
Mindenesetre az is beszédes, hogy épp a 2020-as sikerév végén állt le a jó öreg Model S és X gyártása Fremontban, és bár a minap bejelentett Long Range és Plaid modellfrissítések még 1865 formátumú cellákat használnak, a gyártósorokat szinte biztosan előkészítették a strukturális átállásra. A 4680 előnyei a Tesla három érkező járgánya esetében azonban még kritikusabbak, hiszen a 2 másodperc alatt 100-ra gyorsuló új Roadster a térfogat és a légellenállás, a Cybertruck pick-up pedig a tömeg oldaláról járhat jól az újításokkal – az előbbi 1000 km, az utóbbi 800 km hatótávot ígér topkiszerelésben.
A Tesla Semi kamion (forrás: PNO Rental) [+]
A Semi kamionnál pedig még inkább kulcskérdés a tömeg és a térfogat, hiszen mindkettő maximalizált hatóságilag, és nagyon nem mindegy, hogy az árunak mennyi marad. Musk már a Semi 2017-es bejelentéskor 800 kilométeres hatótávot ígért két Megacharger gyorstöltés között, és újabban 1000 km-re célozgat. A Semi és más villany tehergépkocsik megrendelőtábora már most hatalmas, önvezetéssel kombinálva pedig tuti választás lehet egy szállítócégnek, ha a bejáratott útvonalon vagy a két végponton a töltőhálózat ki van építve és a sofőrt kispórolhatja. Egy efféle elektromos kamion pedig a hidrogéncellás riválisok lába alól is kihúzhatja a talajt, márpedig a hidrogénes hatalomátvétel folyamatosan csak közeleg, de még mindig nem kezdődött meg. Ha pedig a hatótáv para után a Tesla a ciklusélettartamra is megoldást talál a gyorstöltés beáldozása nélkül, egyszerű lesz a lakossági matek, miszerint érdemes olcsón tölthető EV-be fektetni akár ráfizetéssel, a jóval alacsonyabb fenntartási költség miatt ugyanis pár év alatt előnyükre fordulnak a számok. A Tesla újabb eladási lendületét pedig már belengették: valamikor érkezik a 25 ezer dolláros belépőmodell, arra pedig tömegek haraphatnak.
Spekulációk robotaxitól energiaszolgáltatóig
Láthattuk, hogy az olcsó és kitartó cellák hány felhasználási területen jöhetnek kapóra, van ugyanakkor még egy, amelyik tetemesen meghálálja: az önvezető taxihálózat. A taxizás ma azért drága, mert a gyorsabban amortizálódó belső égésű motoros járművek fenntartása mellett a sofőrt és mindenféle vizsgáját ki kell fizetni. Ha viszont eljut az eleve kevesebb kopóalkatrésszel dolgozó villanyautók önvezető képessége arra a szintre, hogy a sofőrt kiüsse a nyeregből, mert tízszer, százszor kevesebb balesetet okoz x kilométeren, kapásból zuhanhatnak a kilométerárak. A Waymo lézeres letapogató rendszerrel félvértezett járművei Arizona több városában már sofőr nélkül furikáznak, igaz: korlátozott területen, ahogy a mai önvezető buszok is egyelőre kötött útvonalon járnak, drága technológiákat használva.
A Tesla autopilótája azonban olcsó kamerákra, pár radarra és ultrahangos szenzorra, illetve okos neurális hálózatra és saját tervezésű önvezető chipre hagyatkozik, hogy bárhol elvezesse a verdát, és már most 10 ezer dollárt kell a jövőben elkészülő, teljes önvezető csomagért kicsengetni (FSD, full self-driving) – addig leginkább ügyes vezetéssegítés jár. Másfél millió járművel az utakon a Tesla ugyanakkor több milliárd kilométernyi vezetésadatot gyűjt évente, hogy kiképezze neurális hálózatát és FSD szoftverét, és ott vannak az extrém helyetekre koncentráló béta tesztelők a további finomításra. Van még bőven munka, de az AlphaGo is addig bukdácsolt, amíg egyszer csak agyon nem verte a Go világbajnokot. Elképzelhető, hogy a Tesla azelőtt elindítja saját Uber-hálózatát, hogy a sofőr kiszállhatna a járgányból, magyarán ott kell ülnie, és ha kell, közbeavatkoznia. Ám onnantól, hogy egyszer csak mérkezik az áhított önvezető szoftverfrissítés, a Model 3 kidobhatja tulaját a munkahelyén, majd elmehet robotaxiként pénz keresni. Pontosan ezt belengetve emeli a márka az FSD csomag árát, az elemzők 2030-ra pedig az önvezető taxik egybillió dolláros árbevételével számolnak.
Van, aki üzleti fejjel gondolkodva megkérdezi: ha a 25 ezer dolláros Teslát pár év múlva 15 ezer dollár lesz előállítani, és élettartama alatt ennek tízszeresét visszahozhatja a robotaxi hálózat tagjaként, tulajdonképp miért adja el a járgányait a márka, ha az üzemből egyből utcára küldheti pénzt keresni? Egy Waymo út árába belekalkulálják a drága szenzorokat és a támogatott úthálózat precíz letapogatását, a Tesla viszont bárhova elgurulhat, és lassabban amortizálódó modellekkel, vezető nélkül komolyan lenyomhatja az árakat, vagy épp előfizetésessé teheti a hálózatot, hogy az iskolától a házig, a kocsmától a detoxig Tesla furikázza az egész családot. Ma is bérelhetünk villanyautót, csak nekünk kell érte sétálni, elvezetni majd leparkolni, míg a jövőben a verda elénk áll, beülve megnézhetünk egy Vezércsel epizódot, aztán kidob minket és tovább hajt, parkolóhely vadászása nélkül. A városi dugókért részben pont ez felel, a ki- és beállás és a forgalomlassítás, ha viszont a robotaxikkal rengeteg parkolóhely felszabadul, máris lehet a területet zöldesíteni. Olcsó robotaxi árakkal az ember azon is elgondolkodhat, hogy érdemes-e benzinfalót vagy EV-t venni, fenntartani és a parkolással szívni, ha a hálózat kielégíti közlekedési igényeit?
Elon Musk és családja a Boring Company megnyitóra kész Las Vegas-i alagúthálózat állomásán (forrás: Enterpreneur) [+]
Oké: mindez mifelénk nem fog egyhamar megvalósulni, és lehet, hogy Musk cégének soha, ám a Waymo és az önvezető buszok példája mutatja, hogy hány város nyit tevékenyen ez irányba. A Tesla meg szépen begyakorolhatja a dolgot a lángszórójáról ismert Boring Company Las Vegas-i alagútjában, amit Musk cége azért fúrt, hogy (a koronavírus miatt online formára váltó) CES-en demonstrálja: mennyire gyors és praktikus EV-kel megoldani a tömegközlekedést. Ugyan az első hálózat csak a Convention Center kiállítóhelyszín alatt hozta-vitte volna az a népet még sofőrökkel, máris több kaszinótulajdonos benne van, hogy az ő rulettasztalukhoz is zéró kibocsátású Tesla vigye a repülőtérről a szerencsejátékfüggőt, a csúcsforgalom alatt 120-szal robogva. Odalent, zárt helyen, gyalogosok és önvezető módban hús-vér sofőrök nélkül pedig minimális a baleset veszélye. Az EV-k által használt Boring alagutak iránt Chicago és Miami is érdeklődik, Musk pedig Los Angeles dugóit próbálta ezzel megoldani, bár a városvezetés nem volt rá vevő, Elon meg Austinba költözött és ott dédelgeti „unalmas” terveit (a boring szó egyszerre jelent ásást és fárasztót).
Napelemes tetőcsempe (Solar Roof) energiatárolóval (Powerwall)– a jármű még nem tud a rendszerbe visszatölteni (forrás: Tesla) [+]
Itt kér szót a Tesla energiarészlege, amely háztartási és ipari akkupakkjai mellett invertereket, hagyományos napelemeket és napelemes tetőcsempéket is gyárt. Beszéltünk a márka részvételéből a virtuális erőmű hálózatokban és ipari szintű energiatárolásban, sok befektető szerint a még veszteséges Tesla Energy pedig idővel túlnő az autós ügyosztály bevételein. Nem véletlen, hogy a vállalat az Egyesült Királyságtól kezdve több országban folyamodott áramszolgáltatói licencért, és a kulcsot Autobidder energiakereskedő szoftvere jelenti. A villanyautó kétirányú töltését amúgy az első Roadster már támogatta és sok mai EV képes rá (az újabb Teslák elvileg nem), csak nem sokan használják, hiszen a helyi hálózat és szolgáltatók nem álltak eddig készen az autóban tárolt energia fogadására. A Tesla szerint ráadásul kiszámíthatatlan, hogy a lakosság mikor köti verdáját a hálózatra, ahol egyáltalán támogatott a visszatöltés, és persze Musk a háztartási Powerwallt és napelemeit kínálja energiakereskedésre, ami ugye már üzletpolitikai döntés. A villanyautók számának gyors növekedésével ugyanakkor gyorsan születhetnek olyan törvények és határozatok, amelyek kötelezik az áramszolgáltatókat, hogy fogadják be az EV-k energiáját csúcsidőszakban, így elkerülve az ideiglenes erőművek beizzítását, majd a felhasználót kompenzálják „zöld” energia betöltéséért.
Virtuális erőműhálózat Dél-Ausztráliában, decentralizált energiaforrásokkal és tárolással (forrás: Tesla) [+]
Hosszú élettartamú cellákkal márpedig nem kell attól tartani, hogy a villanyautó akkumulátora virtuális erőmű részeként egyhamar elhasználódik. Ha pedig maga a Tesla köt mondjuk 2025-ben kétmillió saját fenntartású robotaxit hálózatra, napelem farmjai és ipari energiatárolói mellé, az Autobidderre bízva, hogy mikor szállítson a jármű, mikor töltsön és mikor szolgálja ki a hálózatot, komoly energiaszolgáltatóvá és kereskedővé léphet elő, a virtuális erőművek száma pedig épp ebben az évtizedben fog megugrani. Musk kész az Autobiddert, az önvezető hardver és szoftvercsomagot, sőt: még gyorstöltő hálózatát és gyárait is licencelni, hogy meggyorsítsa a közlekedés átállítását megújuló energiaforrásokra – aztán lehet, hogy az EV lufi kipukkad, a 4680-as cella elfüstöl, Elon lelép a Marsa, a Tesla meg beleáll a földbe. De eddig azért elég szépen játszotta ki a márka a lapjait, és a gomb nélküli okostelefon is csak addig volt elképzelhetetlen első számú kommunikációs eszközként, amíg gázzá nem vált nyomógombos mobilt használni, az átállás pedig nagyon gyorsan lezajlott.
Kitermelés, környezetszennyezés, újrahasznosítás
Álmokból, ötletekből és technológiákból nincs hiány, viszont jó pár év múlva fog csak kiderülni, hogy valójában hány kilométert futnak a millió mérföldes akkuval szerelt verdák, váltakozó időjárás, vezetés- és töltésstílus mellett. Mivel a villanyautók eladása csak az elmúlt években ugrott meg jelentősen, a meglévő és elhasznált pakkok csak mostanában kezdenek tömegjelleggel visszatérni a gyártókhoz, esetleg a másodlagos piacon új otthonra lelni. Viszont előbb-utóbb a legfejlettebb cella is élettartama végére ér, és az egyre nagyobb mennyiséggel kell kezdeni valamit, mert kevés dolog károsabb a környezetre, mint az akkumulátorokat elhajítani. A Tesla az akkunapon szóba hozta, hogy partnereivel a meglévő akkupakkok mindegyikét újrahasznosítja, és már dolgoznak a gépiesített nyersanyag visszanyerésen, de Musk elég szűkszavú volt, és persze szigorúan saját cellákat még csak most kezdenek gyártani.
A felhasználható elemek aránya akkut újrahasznosítva, vs. nyersanyagból kinyerve (forrás: Tesla) [+]
Viszont több tucat startup és nagy vállalat foglalkozik ipari szintű újrahasznosításával, és az egyik legígéretesebb projekt J. B. Straubelé – a Tesla egykori technológiai vezére 2017-ben alapította meg a Redwood Materialst Nevadában, a Gigafactory tőszomszédságában, hogy a lítiumion akkumulátorok nyersanyagát megújuló energiát használva visszanyerje. Ebben partnere a Panasonic, az Amazon és alighanem a Tesla, bár nem tudni, Straubellel dolgoznak-e az automatizált újrahasznosító rendszeren. Straubel erre az évtizedre ígéri az ipari méretű akk újrafelhasználás elterjedését, az idő pedig sürget, mert a villanyautók és az ipari telepek térnyerésével rövidtávon valószínűleg nem fog tudni lépést tartani a nyersanyag kitermelés. Márpedig hiába a szuper cellatechnológia, ha nincs miből előállítani.
J. B. Straubel, a Redwood Materials alapítója Jeff Dahn professzor társaságában (forrás: Fortune) [+]
Cellagyártásban ma az LG Chem, a CATL és a Panasonic áll az élen, aztán jönnek a kisebbek (SDI, BYD, SKI, AESC, Guoxuan, PEVE, CALB), a kulcsfontosságú lítiumból ma pedig a legtöbbet Ausztrália, majd Chile, Kína és Argentina termeli, elsősorban ércekből, nagyon ritkán salakból. A lítiumtermelést az USA-ban csak most kezdik felpörgetni, a környékünkön pedig a cseh Cinovec vagy a szerb Jadar lerakataira fenhetik a Tesla és riválisai a fogukat. A lítium után mindjárt kobaltból állhat elő hiány, ami már csak azért is problémás elem, mert a kitermelésért szinte teljes egészében az emberi jogok oldalról aggályos Kongó felel, és számos bánya veszélyes, illetve használ gyermekmunkát. A Tesla elkötelezett az etikus forrás használatára és a kobalt csökkentésére telepeiben, mindenesetre odébb lehet, mire sikerült azt teljesen kihagyni a képletből, illetve a nagy ausztrál tartalékok kitermelését megnövelni. Nikkelből egyelőre van elég világszerte, de mivel a Cybertruck és Semi-féle, magas energiasűrűségű cellák zabálják ezt az átmenetifémet, Musk Kanada és Dél-Amerika után most már a nikkelben gazdag Indonézia felé kacsingat – amúgy még a Fülöp-szigetek, Oroszország, Új-Kaledónia, Ausztrália és Kína készlete nagy.
Lítiumkitermelés Chilében, az Andok lábánál (forrás: QZ) [+]
Az anódhoz szükséges grafittermelés idővel szintén kiteheti az elfogyott táblát – ezt a piacot Kína dominálja, és India, Brazília, Törökország, illetve Észak-Korea követi, szintetikus grafit-előállításban pedig Oroszország és Németország jeleskedik. Szilíciumhoz az anód „doppingolására” könnyű és olcsó hozzájutni, ahogy a vas, a réz, a foszfor, a mangán és az alumínium sem tartozik a nagy veszélyforrások közé keresleti oldalon. Egy dolog mindenesetre, hogy honnan és milyen ökológiai lábnyommal érkezik a nyersanyag (és általában nem éppen előnyös a kitermelés vagy a feldolgozás), és másik, hogy miként utazza többször körbe a világot. A nyers lítiumot 80%-ban Kína konvertálja lítium-hidroxiddá, a Panasonic katód aztán Japánban készül, Nevadában kerül cellába és Kaliforniában egy Model S-be, hogy a Panama-csatornán keresztül Európába hajózzon, kevés megújuló energiával út közben. Épp ezért beszél a Musk helyi és fenntartható lítium és nikkel kitermelésről, optimalizált katód-, akku- és járműgyártásrólm, illetve lokalizált értékesítésről, 80%-ot spórolva csak az anód útján a bányától Kőbányáig.
Kobalttermelés Afrikában (forrás: The Verge) [+]
A villanyautók kapacitásigénye 2019-ben 100 GWh volt, a személyautók teljes villanyosítása viszont ennek százszorosát kívánja, amit biztos nem fog rövidtávon elbírni a kitermelés, épp ezért menekül előre a a Tesla komplett akkuhálózatával és lokalizált gyártásterveivel. Jelenleg vállalati szinten Musk kezében van a legtöbb ütőkártya, mert rengeteg szerződést évekre megkötött, és amikor a kereslet túlnő a kínálaton, a maradék kapacitásért ádáz harc indulhat az árakat felnyomva. Most épp több tucat autógyár áll vagy csökkentette termelését chiphiányban, és amíg nem lesz az akkugyártás - újrahasznosítás körforgása végtelenítve (legkorábban az évtized végén), eséllyel lesznek kénytelenek sokan cellahiányban lehúzni a rolót. A Nio és a Kína gazdaság egésze is domináns pozícióban van akkufronton, nyersanyaghiány esetén pedig beleszólhatnak, hogy kik és mennyiért jutnak hozzá az esszenciális összetevőhöz, új frontot nyitva a kelet-nyugati gazdasági versenyben. Ezért erősít például az Európai Unió, amely 2030-ra a világ akkutermelésének 30%-áért akar felelni helyi nyersanyagokból.
Olcsó teleppel és zéró helyi kibocsátással új lendületet kaphatnak az Arcimoto-féle háromkerekűek (forrás: Arcimoto) [+]
A lecke tehát éppúgy fel van adva a jelenlegi szereplőknek, mint az iPhone felbukkanáskor a Nokiának és a többieknek, a labda pedig a Toyota, a Volkswagen, a Daimler, a Ford és a General Motors térfelén, hogy versenyképes villanyautóikba jófajta hajtás, ügyes vezetéssegítés, kitartó telep és legfőképpen elég cella kerüljön. Úgy kell a feltörekvőkkel felvenniük a kesztyűt, hogy kismillió régi technológiájú üzemük működik, több évbe telhet az olajközpontú korporációs modell átalakítása, komoly a tradicionális befektetők és a szakszervezetek ellenállása és nem egyszer az adósság is nagyra rúg – magyarul jókora a ballaszt a kis tigrisekkel szemben, akik gyakran szépen belenyúlnak a gazdasági támogatórendszerekbe. Az ARK Invest figyelmeztet: közülük sokan bedőlhetnek, a WC-n lehúzva a túlbuzgó befektetők pénzét, de több ma ismeretlen név (XPeng, BYD, Lucid Motors, Rivian, Polestar, Lordstown Motors, Arcimoto) szereplővé léphet elő.
A project négy kategóriája (forrás: Electrek) Forrás: Electrec [+]
Az EU amúgy 2050-ig szeretne karbonsemlegességet, 500 gigawattóra éves kapacitásigénnyel számol és csak ezen a héten 2,9 milliárd eurós akkumulátortámogatást jelentett be 42 vállalat részére a kitermeléstől kezdve a feldolgozáson és cellagyártáson át a környezettudatos újrahasznosításig. A Tesla három kategóriában érdekelt. A német és a francia EV ipar amúgy már tavaly kilőtt, részben a Model 3, de inkább a megroppanó belső égésű motorok kárára (a Renault Zoe különösen jól ment, és jön föl a VW ID.3), idén pedig még kiélezettebb lesz a verseny kontinensünkön, ahol kétmillió tisztán elektromos járgány fogyhat – és ebbe a medencébe csobban az év második felétől a brandenburgi Model Y – elvileg 4680-as cellákkal.
A verseny a régiek és az újak között egyre kiélezettebb (forrás: Top Gear) [+]
Megnőtt amúgy a nyersanyagtermelés, és sorra épülnek az akkugyárak: az SK Innovation itthon, az LG Chem Lengyelországban, a Tesla, a Daimler, a CATL és a BMZ Group pedig Németországban készül kapacitást növelni, a cella- és EV futam tehát világszinten elstartolt, csak nem mindegy, hogy a versenyre ki milyen formában, tartalékokkal, terhekkel és hozzáértéssel nevezett be. Tíz év a mobilipart alapjaiban felforgatta, és esélyes, hogy 2030-ban az autóipar is máshogy fog kinézni a topon, az elektromobilitás korszakában pedig az járhat a legjobban, aki akkustratégiáját ilyen távlatokhoz igazította. Elemzésünk alapján úgy tűnik: Elon Musk és a Tesla nyerő páros ezen a fronton, ám exponenciális növekedéséhez azért a nagyágyúknak is lesz egy-két szava.
Bone123 a.k.a. Hidegkuti Zoltán