Közeleg az alumíniumkorszak vége az akkumulátorépítésben

A ma elérhető, egy töltéssel minimum négyszáz kilométer megtételére képes villanyautók mindegyikében alumíniumot használtak az akkumulátorház fő anyagaként, annak alacsony súlya miatt – magyarázta Dr. Andreas Afseth, az alumínium alkatrészeket gyártó francia Constellium Észak-Amerika műszaki igazgatója az amerikai Center for Automotive Research (Autóipari Kutatási Központ) webinárján.

Afseth közölte, hogy az autóiparban jelenleg az alumínium használata növekszik a legnagyobb ütemben. Ez a bővülés részben az akkumulátoros elektromos autók növekvő eladásokon belüli arányának tudható be. Ezekbe a modellekbe átlagosan mintegy 290 kilogramm alumíniumot építenek, szemben a konvencionálisaknál felhasznált 205 kilogrammal.

Az acéllal szemben az alumíniummal általában negyven százalékos tömegcsökkentés érhető el. A leggyakrabban használt, az akkumulátorházakban alkalmazáshoz leginkább megfelelő alumíniumötvözetek a 6000-es sorozatúak, amik egyúttal jó újrahasznosíthatósággal is rendelkeznek.

A Constelliumnál jelenleg egy 4000-es sorozatú, 350 megapascal szakítószilárdságú ötvözet áll fejlesztés alatt. A negyven százalékos súlycsökkentést biztosító fém nagy mennyiségű szilíciumot tartalmaz - mondta el Afseth, hozzátéve, hogy jó hidegalakíthatóságot fog nyújtani elérhető áron.

A vállalatnál egy 7075 T6 jelölésű ötvözeten is dolgoznak, ami már ötszáz megapascal szakítószilárdsággal bír. Afseth kifejtette, hogy a 7000-es sorozatú ötvözeteket csak szűk körben használják az autóiparban. Szerinte fejlesztésük az akkumulátorház alsó fedelében tehet jó szolgálatot, mivel ott fontos az ütközésekkel szembeni ellenállóság, ugyanakkor hozzátette, hogy a drága gyártási eljárás és a mindössze tíz százalékos súlycsökkentés miatt valószínűleg nem éri meg a 7000-es sorozat használata.

Kettős védelem

Az akkumulátorháznak kulcsszerep jut, mivel megakadályozza, hogy az autónak ütköző tárgy kárt tegyen a cellákban, továbbá a becsapódási energiát elnyelve óvja az utasokat.

A Constellium egy duplakeretes konstrukció képeit is bemutatta az online eseményen. A belső keret megakadályozza, hogy az autónak ütköző tárgy a cellákba hatoljon, míg a belső keret külső felére, az akkumulátor két hosszabbik oldalánál felszerelt másik, gyűrődési zónaként működik, és elnyeli az ütközési energiát.

Szigorodnak az elvárások

A kisebb súly és az újrahasznosíthatóság mellett az alumíniumnak egy komoly hátránya is van az akkumulátorházi alkalmazás tekintetében, mégpedig az akkumulátortüzekkel szembeni alacsony ellenállóság. Az alumínium 630 Celsius fokon olvad, a telepek kigyulladásakor azonban 1200 fokos vagy magasabb hőmérsékletek is felléphetnek. Az alumínium hamar megolvadhat, így ha az akkumulátor felső zárófedele acélból vagy hőnek ellenálló műanyagból készül, az utasoknak több idejük lehet elhagyni a járművet – állapította meg Afseth

Kínában már implementáltak egy nemzetközi szabályozást, ami szerint az utasoknak legalább öt perc kell, hogy rendelkezésre álljon a jármű elhagyására az akkumulátor kigyulladásakor, a szabályozást pedig Európában is be fogják vezetni. Az alumínium valószínűleg nem fog megfelelni a követelményeknek – ismerte el Afseth,

A magas magnézium tartalmú alumíniumötvözetek esetében az akkumulátor üzemszerű felmelegedése is gondot okozhat. Magas hőmérséklet hatására ezen ötvözetek felszínén lerakódás képződhet, több szempontból is rontva az akkumulátor jellemzőit.

Egyre kevésbé van rá szükség

Az alumíniumot azért használják előszeretettel akkumulátorokhoz, mert bár drágább az acélnál, alacsonyabb tömege jóvoltából kisebb akkumulátorral érhető el a kívánt hatótávolság, az így nyert megtakarítás pedig meghaladja az alumíniummal járó plusz költséget.

Az elmúlt tíz évben azonban az akkumulátorok költsége közel tizedére esett. A 2010-es ezer dollárról 2020-ra 150 dollárra süllyedt egy kilowattóra akku ára. Emellett az energiasűrűség majdnem háromszorosára nőtt, így a telepek könnyebbek is. A trendek folytatódása mellett Afseth úgy látja, hamarosan lehet, hogy már nem lesz kifizetődő az alumínium használata, különösen az alacsony hatótávú, olcsó városi kisautóknál.

A változás már most elkezdődött, néhány gyártó ugyanis már elkezdte az acélból vagy többféle anyagból készülő akkumulátorházak fejlesztését. Ezek egyike a Tesla, ami a Németországban készülő autóit acél akkumulátorfedelekkel fogja ellátni – olvasható a SAE International összefoglalójában.