Az nemzetközi biztonsági szabványok, különösen az 2023-as UL 2580 EV-akkumulátorokra vonatkozóan történő betartása rendkívül fontos a kockázatok csökkentése érdekében. A szabványok számos kemény tesztet írnak elő az akkumulátorok számára túlságosan kemény körülmények között. Ezek ellenőrzik, hogyan viselik a cellák a hőterhelést, a mechanikai sérüléseket és az elektromos túlterhelést. A vezető akkumulátor-gyártók többrétegű védelmi rendszereket dolgoztak ki. Néhányan kerámiával bevont szeparátorokat használnak, hogy megakadályozzák a bosszantó dendritek növekedését. Mások tűzveszélyes anyagokkal szemben ellenálló speciális elektrolitokat alkalmaznak, amelyek segítenek a veszélyes hőmérséklet-emelkedés ellenőrzésében. Ezek a biztonsági funkciók egyáltalán nem választhatók ki, mivel az akkumulátor-hibák valóban veszélybe sodorhatják az embereket, vagy komoly problémákat okozhatnak kritikus szolgáltatásoknál, mint az áramhálózatok és a közlekedési hálózatok.
A minőségirányítás napjainkban nem csupán az ISO 9001 tanúsítvány megszerzéséről szól. A legjobb gyártók valójában statisztikai folyamatszabályozást építenek be működésük minden területére, az elektódbevonatoktól egészen a cellaösszeszerelésen és formázási ciklusokon át. Az alacsony 10 ppm alatti nedvességtartalom figyelése és a részecskék jelenlétének ellenőrzése a száraztermekben megelőzi a rejtett problémákat, mielőtt azok hatással lennének a termék megbízhatóságára később. Egy 2023-as kutatás érdekes eredményt is felmutatott: az első osztályú beszállítók, amelyek teljesen áttértek az automatizált optikai ellenőrzésre, a véletlenszerű mintavételi ellenőrzéseket alkalmazó vállalatokhoz képest közel kétharmaddal csökkentették a terepen előforduló hibákat. Ez bemutatja, mennyire fontosak manapság az adatalapú megközelítések. Amikor a vállalatok nyomon követik az összes lépést a nyersanyagoktól egészen a kész akkumulátorkészletekig, az auditok során a hibák forrásának azonosítása sokkal gyorsabbá és könnyebbé válik.
A modern gépi tanulási rendszerek napjainkban hatalmas mennyiségű üzemeltetési adatot dolgoznak fel, például feszültségingadozásokat, alkatrészek mentén fellépő hőmérsékletváltozásokat és részletes impedancia-méréseket annak előrejelzésére, hogy mikor fog elromlani a berendezés. A tavaly a Journal of Power Sources című folyóiratban közzétett kutatás szerint ezek a modellek körülbelül 92 százalékos pontossággal képesek azonosítani a problémákat. Ami igazán lenyűgöző, hogy hetekkel előbb észlelik a korai figyelmeztető jeleket, mintsem bármely emberi szakértő észrevehetné, mielőtt már késő lenne. Ha digitális ikertechnológiával kombinálják szimulációs célokra, akkor ez a fajta prediktív betekintés lehetővé teszi a mérnöki csapatok számára, hogy kijavítsák a tervezési hibákat, mielőtt azok komoly problémákká válnának. Gyártók jelentik, hogy egyes ipari környezetekben majdnem felére csökkentek a garanciális igények az ilyen intelligens monitorozási megoldások bevezetése után.
Túl nagy bizalmat vetni egyetlen régióba az alapvető fontosságú ásványok tekintetében komoly problémákat okozhat az ellátási láncban. Vegyük példaként a kobaltot, amelynek körülbelül 70 százaléka az Afrikai Köztársaság Kongói Demokratikus Köztársaságából, röviden Kongóból származik. A helyzet ott politikailag nem éppen stabil, ami folyamatosan megszakítja az anyagok kiszállítását, és erősen ingadozó árakhoz vezet. Amikor a vállalatok túlságosan is nagymértékben támaszkodnak ilyen koncentrált forrásokra, leállási kockázatokkal, jogi nehézségekkel és márkaimázsuk sérülésével nézhetik szembe. Ezért elengedhetetlen, hogy a gyártók különböző földrajzi területekre bontsák az ásványi nyersanyag-forrásokat, ha zavartalanul szeretnének működni, és rugalmasan reagálni tudni a piaci változásokra.
A legnagyobb gyártók egyre inkább a blockchain technológiához fordulnak az ásványok bányától a gyárakig történő nyomon követéséhez, ami segít súlyos problémák kezelésében, mint például a gyermekek kizsákmányolása a kis léptékű bányászati műveletek során, vagy az ökológiai károk, amelyeket a rosszul szabályozott földmunkák okoznak. Független ellenőrzések, például a Felelős Ásványok Kezdeményezés (Responsible Minerals Initiative) keretében biztosítják, hogy ezek a folyamatok globális szinten is betartsák a munkavállalói jogokra és a környezetvédelemre vonatkozó előírásokat. Ahogy az befektetők egyre inkább aggódnak portfóliójuk etikai vonatkozásai miatt, és az ügyfelek bizonyítékot követelnek arra, hogy a vállalatok valóban betartják fenntarthatósági ígéreteiket, a jelenlegi piacon a teljes átláthatóság elengedhetetlenné vált a versenyképesség megőrzéséhez az akkumulátor-ellátási láncok mentén.
Számos előrelátó gyártó jelenleg közvetlenül tanúsított bányaművekkel együttműködve próbálja csökkenteni az alapanyagok politikailag instabil régióktól való függőségét Kanada, Ausztrália és Marokkó bizonyos részein. Olyan csoportok, mint a Fair Cobalt Alliance, akkor mutatnak valódi eredményt, amikor a vállalatok közösen szembenéznek a problémákkal, így biztonságosabb munkakörülményeket teremtve és védve a helyi ökoszisztémákat, ahol az ásványi nyersanyagok kibányászásra kerülnek. Ugyanakkor növekszik a befektetés olyan újrahasznosítási rendszerekbe, amelyek a használt akkumulátorokból, például kobalt, nikkel és lítium formájában körülbelül 90–95% értékes fém visszanyerését teszik lehetővé. Ez nemcsak csökkenti az új bányászat iránti igényt, hanem segíti a gyártókat abban is, hogy megelőzzenek a közelgő szabályozási változásokat, különösen az Európai Unió által javasolt új szabályokat az akkumulátor-gyártási szabványok vonatkozásában.
Világszerte az kormányok egyre erőteljesebben lépnek fel a kör economy szabályai érdekében, ténylegesen betervezve azokat olyan törvényekké, amelyeket be kell tartani. Az úgynevezett kiterjesztett gyártói felelősségvállalásra, azaz az EPR-törvényekre épülő szabályozások alapvetően arra kötelezik a vállalatokat, hogy foglalkozzanak a használt akkumulátorok begyűjtésével, megfelelő szortírozásával és annak biztosításával, hogy ezek újrahasznosításra kerüljenek. Egyes régiók igen ambiciózus célokat is kitűztek, például akár 90 százalékos visszanyerési arányt szorgalmaznak kifejezetten azon lítium-ion akkumulátorok esetében, amelyektől napjainkban annyira függünk. Amennyiben a vállalatok nem tartják be ezeket az előírásokat, komoly következményekkel nézhetnek szembe. A 2023-as új EU-irányelv szerint a szabályszegésenkénti bírságok több mint 40 ezer euróra emelkedhetnek. Mit jelent mindez valójában? Ezek a politikák hozzájárulnak az elsődleges nyersanyagok bányászati úton történő kitermelésének csökkentéséhez. Kevesebb bányászat kevesebb élőhely pusztulását, kevesebb szennyezett vízforrást és általánosságban csökkentett energiafogyasztást eredményez a kitermelés során.
A 2023-as uniós akkumulátorszabályozás szigorú fenntarthatósági előírásokat állapít meg a gyártók számára, beleértve a szénlábnyom jelentésének kötelezettségét és az újrahasznosított anyagokra vonatkozó konkrét célokat. 2030-ig az akkumulátoroknak legalább 12%-ban újrahasznosított kobaltot és 4%-ban újrahasznosított litiumot kell tartalmazniuk. Ezek az előírások minden, az EU-piacon értékesített akkumulátorra vonatkoznak, ami azt jelenti, hogy az európai határokon kívüli vállalatoknak teljesen újragondolva kell forrásbeszerzési gyakorlatukat, gyártási folyamataikat és nyilvántartásukat. A Ponemon Institute kutatása szerint a beszállítók többsége kb. 740 000 dollár átlagos költséggel néz szembe a megfelelés érdekében. Az akkumulátorok nem megfelelő termékek importjának 2027-es határidejű betiltása előtt állunk, így világszerte jelentős változások figyelhetők meg a termékek tervezésében. A digitális terméktáskák, amelyek nyomon követik az alapanyagoktól egészen az elhasználódásig tartó életciklust, napjainkban elengedhetetlen elemeivé váltak minden komoly akkumulátor-fejlesztési tervnek.
A legújabb újrahasznosítási technológiák jelentős előrelépést érnek el az hatékonyság és a költséghatékonyság terén. Például a közvetlen katódú újrahasznosítás körülbelül 95%-ánál megtartja az anyagokat, szemben a hagyományos olvasztási módszerekkel. Eközben a hidrometallurgiai eljárások majdnem tökéletes tisztaságú (körülbelül 99%) lítiumot vonhatnak ki hatékony, vízalapú kémiai reakciók segítségével. Egyre növekszik az az irányvonal is, amely régi elektromos járművek akkumulátorait második életre ébreszti áramhálózati tároló megoldásként, ezzel alapvetően megduplázza hasznos élettartamukat, további 8-tól akár 12 évig terjedő időtartammal, mielőtt újra megfelelő újrahasznosításra lenne szükség. Ne feledkezzünk meg az automatizált szétszerelő rendszerekről sem, amelyek évente jól túlhaladják a 100 ezer egységet. Ezek a fejlesztések jelentősen csökkentik a szénlábat is, körülbelül a felére a teljesen új gyártáshoz képest.
Ahhoz, hogy a várható 2025-ig évi 35%-os növekedést kezelni tudják, a gyártóknak minden szinten figyelemmel kell kísérniük az akkumulátorok termelésének bővítését. Gondoljon például az elektródbevonatok nanométeres pontosságú beállítására, vagy arra, hogy az elektrolitok kitöltése mikronos tűréshatárokon belül történjen meg. Ahogy a termelési mennyiség nő, nagyobb az esélye annak, hogy hőproblémák lépnek fel, ha a mikroszkopikus hibákat nem észlelik időben. A legjobb gyártók jelenleg olyan fejlett SPC-rendszereket használnak, amelyek cellánként több mint 200 különböző paramétert figyelnek, így képesek a hibás darabok arányát egymilliónál kevesebb, mint 0,5 darabra csökkenteni. Érdekes módon az MI-alapú látástechnológia egyre inkább képes felismerni azokat a rendkívül apró szeparátorhibákat, amelyeket a hagyományos személyzet pusztán szemmel egyszerűen nem láthat. Ez összességében biztonságosabb akkumulátorokat jelent, miközben a termelési sebesség is megfelelő szinten marad.
Az automatizálási rendszerek a digitális iker technológiával ötvözve napról napra megváltoztatják a gigagyárak működését. Ezek a virtuális modellek szimulációkat végezhetnek az akkumulátorgyártás különböző folyamataira, például az elektrolit felvitele és a hőeloszlás mintázatai terén, akár tízezerszer gyorsabban, mint amennyi időbe a tényleges tesztelés kerülne, így a hitelesítési időszakot a szakmai jelentések szerint kb. hetven százalékkal csökkentik. Robotok együttműködve helyezik egymásra az elektródrétegeket rendkívüli pontossággal, bár a pontos méretek az eszközspecifikációktól függően változhatnak. Eközben okos érzékelők figyelik a szárítóhelyiségek belső körülményeit a műszakok során. Amikor a hardver ilyen módon találkozik a szoftveres megoldásokkal, az segít csökkenteni a hibákat a finomgyártási lépések során. Emellett a gyárak előzetes figyelmeztetést kapnak a lehetséges meghibásodásokról, mielőtt azok bekövetkeznének, így nagy léptékű műveletek során a váratlan leállások idejét kb. harminc százalékkal csökkenthetik, ahogyan azt a legutóbbi tanulmányok az akkumulátor-gyártóktól mutatják.
A termékek gyorsabb piacra juttatása azt jelenti, hogy a logisztikai műveletek pontossággal működjenek együtt, különösen akkor, ha világszerte korlátozott anyagokról van szó. A pontosan a sorrendben történő beszállítás (just-in-sequence) módszere biztosítja, hogy az alkatrészek pontosan az összeszerelés idejére érkezzenek meg, ami körülbelül 18 százalékkal csökkentheti a készletben lekötött tőkét. A csomagolás terén a moduláris tervezés, mint például a standard cella-egyenesen-a-csomagolásig (cell-to-pack) megoldások, körülbelül 22 százalékkal csökkenthetik a szállítás során elvesztegetett teret, és jobban védik a finom alkatrészeket a mechanikai sokkok ellen. A blockchain technológia beépítése lehetővé teszi a vállalatok számára, hogy több mint 15 ponton át követhessék figyelemmel ellátási láncukat. Ez lehetővé teszi a nyersanyagoktól egészen a végső termék összeszereléséig minden nyomon követését. Még akkor is, ha előre nem látható szállítási problémák merülnek fel, az ilyen átláthatóság általában körülbelül 98 százalékos határidőre történő kézbesítést tesz lehetővé.
EN