Egy új anyag 1500 ciklusra növelheti az akkumulátorok élettartamát

A Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) és a Berlini Műszaki Egyetem Yan Lu, illetve Arne Thomas professzorok vezette kutatócsoportja olyan anyagot fejlesztett, amely növeli a lítium–kén akkumulátorok kapacitását és stabilitását.

A HZB közleménye elárulja, hogy az anyag polimerekre épül, amelyek nyitott pórusokkal rendelkező vázat alkotnak. Ezeket radikál–kationos kovalens szerves vázaknak, vagyis COF-eknek nevezik. A pórusokban katalitikusan gyorsított reakciók zajlanak, amelyek szorosan megkötik az akkumulátor élettartamát egyébként lerövidítő poliszulfidokat.

A tudósok szerint a szerves polimerekből álló kristályos vázas szerkezetek különösen érdekes anyagosztályt képviselnek. Szivacshoz hasonló, nagyfokú porozitás jellemzi őket, de a pórusaik legfeljebb néhány mikrométeresek.

Ezek az anyagok különleges funkciókat mutathatnak, amelyek miatt bizonyos elektrokémiai energiatároló eszközök számára kifejezetten ígéretesek.

A lítium–kén akkumulátorok elektródáiban például működhetnek a poliszulfidokhoz hasonló kénvegyületek „gazdáiként”. Az elképzelés az, hogy a poliszulfidok a COF-ek pórusainak belső felszínéhez kötődnek, és ott ismét elemi ként hoznak létre. Ez azonban eddig nem működött megfelelően.

Másfélszer hosszabb élettartamú akkumulátorok készülhetnek

A kutatócsoport jelentős előrelépést mutatott be egy újonnan kifejlesztett COF-anyaggal: bizonyos gyökök beépítésével elérték a kívánt reakció katalitikus gyorsítását a pórusokban.

Az első kísérletek alapján arra jutottak, hogy az új, „R-TTF•+-COF” névre keresztelt anyag használatával a lítium-kén akkumulátor teljesítménye jelentősen javul. Az élettartam több mint 1500 ciklusra növekedett, miközben a kapacitáscsökkenés ciklusonként mindössze 0,027 százalék maradt.

Ilyen tartósságot eddig sem COF-anyagokkal, sem más tisztán szerves katalizátorokkal nem értek el. Mint ismert, az elmúlt évek beszámolói alapján egy ma használatban lévő, átlagos Li–S akkumulátor 1000 töltési ciklusnál nem igazán bír ki többet.

Yan Lu szerint „az ilyen radikálvázas szerkezetek integrálása a lítium–kén akkumulátorokba nagy lehetőségeket rejt”, de további kutatás szükséges olyan COF-ekkel kapcsolatban, amelyek stabil radikális építőelemekből állnak, és amelyeket kifejezetten a kénredukciós reakciók katalizálására terveznek.

Gábor János, NEW technology