Gyorsabban tölthető, tartósabb akkumulátor készül az új német kutatólaborban

A Német Szövetségi Anyagkutató és -vizsgáló Intézet (BAM) szakemberei új megközelítést dolgoztak ki arra, hogy a szilárdtest-akkumulátorok nagyobb teljesítményre legyenek képesek, és alkalmasabbá váljanak a mindennapi használatra. A céljuk olyan akkumulátorok kifejlesztése, amelyek gyorsabban töltődnek, hosszabb élettartamot kínálnak, és fenntarthatóbbak, mint a jelenleg használt lítiumion-akkumulátorok.

A lítiumion-akkumulátorok anódjai – amelyek általában grafitból készülnek – csak korlátozott mennyiségű iont tudnak tárolni. A kutatók ezért alternatívaként tekintenek a tiszta lítiumból vagy nátriumból készült anódokra, amelyek akár 40 százalékkal is növelhetik az energiasűrűséget. A biztonságos működéshez ezek az anódok szilárd elektrolitot igényelnek a folyékony helyett. A szilárd anód és a szilárd elektrolit határfelületén azonban érintkezési problémák és üregek alakulhatnak ki, amelyek az akkumulátor működésképtelenségéhez vezetnek. A kutatók egyik lehetséges megoldása a részben folyékony anód használata – írja a BAM közleménye.

„Egy tanulmányban be tudtuk mutatni, hogy egy folyékony alkálifém-anód százszor nagyobb teljesítményre képes, mint a hagyományos grafit anódok” – hangsúlyozta Gustav Graeber, a Berlini Humboldt Egyetem akkumulátoranyag-szakértője. A BAM vendégkutatójaként is dolgozó tudós elárulta: a jelenlegi technológiájuk csak 250 Celsius-fokos hőmérsékleten működik, de a további fejlesztésekkel azt célozzák, hogy az előnyöket szobahőmérsékleten is ki lehessen használni. Ennek érdekében kálium adalékanyagokkal kísérleteznek, amelyek csökkentik az anód olvadáspontját.

A kihívást az jelenti, hogy sok elterjedt szilárd elektrolit nem elég stabil, ha káliummal érintkezik.

A kutatók egy nátrium szuperion-vezetőkön (NASICON) alapuló különleges szilárd elektrolitban találtak lehetőséget a megoldásra, hiszen ezek az anyagok szobahőmérsékleten nagy ionvezető-képességet mutatnak, és kémiailag stabilabbak, mint a kálium – különösen akkor, ha hafniummal dúsítják őket. Utóbbi azonban ritka és drága elem, ezért a NASICON-projekt keretében Graeber és a BAM csapata olyan alternatív adalékanyagokat keres, amelyek hasonlóan hatékonyak, de fenntarthatóbbak és hozzáférhetőbbek. A legígéretesebb jelölteket közvetlenül nátriumakkumulátorokban tesztelik.

„A kutatási projektünk döntő lépés a fenntarthatóbb, olcsóbb és hatékonyabb nagy teljesítményű akkumulátorok felé” – szögezte le Graeber. „A nátrium-szilárdtest-akkumulátorok drasztikusan csökkenthetik a töltési időt, és jelentősen javíthatják a mobil és helyhez kötött energiatároló rendszerek teljesítményét – ez fontos hozzájárulás a dekarbonizációhoz.”

Gábor János, NEW technology