Megtalálták a lítiumion alternatíváját?

A szaúd-arábiai Abdullah Király Tudományos és Technológiai Egyetem (KAUST) kutatói szerint az ammóniumkationokat töltéshordozóként alkalmazó és újratölthető akkumulátorok fenntartható alternatívái lehetnek a fémion-alapú, például lítiumion elemeknek. Ha igazuk van, és az eredményeik átültethetők a gyakorlatba, azzal hatalmas szívességet tesznek a jövőnek mind gazdasági, mind ökológiai szempontból, hiszen a lítium egyrészt fogytán van, másrészt jelentős környezetrombolással bányásszák, harmadrészt nincs széles körű újrahasznosítása, pedig eléggé toxikus és gyúlékony – egyszóval: nem fenntartható. 

A The Engineer riportja szerint az ammóniumion elektrolitok nagyban elősegíthetik környezetbarát fémmentes akkumulátorok létrehozását. Az eszközök az energiatárolásra jelenleg legalkalmasabb fémionos elemeket válthatnák fel hordozható szórakoztatóelektronikai cikkekben és elektromos járművekben. Utóbbiak miatt a kibányászható lítium mennyisége jól meg is csappant, így hosszútávon így is, úgy is kénytelenek lennénk új megoldást keresni. Erre vállalkozott a KAUST csapata is, amikor elkezdett ammóniumion-alapú akkumulátorok előállításával kísérletezni. Mivel a kationok könnyűek, egyszerűen szintetizálhatók és újrahasznosíthatók, csak jól járna vele a világ, ha idővel átvennék a fémvegyületek helyét.

Egyszerre olcsó és fenntartható

Persze az ammóniumkationok felhasználása sem egyszerű: legnagyobb hátulütőjük az – egyelőre – alacsony működési potenciál és az, hogy könnyen oldódnak elektrolitokban, így komoly kihívást jelent a beépítésük a szükséges elektródákba. A kutatást vezető Husam Alshareef és Zhiming Zhao szerint a csapatuk mindezek ellenére kifejlesztett egy nagy hatékonyságú fémmentes akkumulátort. A megoldást az ammóniumkation tartalmú elektrolit és a szénalapú elektródák kombinálása jelentette, ráadásul a felhasznált grafitkatódról és a szerves félvezető anódról elmondható, hogy mindkettő olcsó, környezetbarát és megújuló anyag.

Az ammóniumkationokkal a kutatók a hexafluor-foszfát ionokat választották ki negatív töltéshordozónak, és kihasználták a grafit azon tulajdonságát, hogy képes befogadni az anionokat, amivel lényegében egy „kettős ionos” akkumulátort hoztak létre. Ebben a kationok és az anionok egyidejűleg illeszkednek a megfelelő elektródákba a töltési ciklusok során, míg a kisülési szakaszban átkerülnek az elektrolitba.

„Olyan elektrolitot terveztünk, ami oldószerek szűrésével ellenáll a nagyfeszültségnek, így egyszerre antioxidáns és antireduktív”  – magyarázta Zhao a kutatásról szóló közleményében, hozzátéve: az akkumulátor stabilitása szempontjából ez a konfiguráció kulcsfontosságúnak bizonyult.

Cél a kapacitásnövelés

A KAUST kutatói megállapították, hogy az akkumulátor rekordgyanús teljesítménye (2,75 voltos működési feszültség) felülmúlja a meglévő ammóniumion-alapú analógokét. „Ezzel már lehetséges egy olyan nagy energiájú, nem fémionos akkumulátor kifejlesztése, ami felveheti a versenyt a fémionos akkumulátorokkal” – mondta Zhao. A csapat jelenleg a teljesítmény javításán fáradozik, hogy közelebb kerülhessen az elem tömeges alkalmazásához. Szeretnének olyan, nagyobb kapacitású anódanyagokat találni, amelyekkel jelentősen javítható az energiasűrűség. Ha ez is megvan, akkor az energiatárolás karbonmentesítése is elérhető közelségbe kerül – vallja Alshareef, aki szerint a lítium ammóniumionnal történő helyettesítése a költségeket is jelentősen visszavágná.

Gábor János, NEW technology