Szuper akkumulátor

Napjainkban az akkumulátorok kulcsfontosságú szerepet játszanak: a mobiltelefonoktól kezdve az autókig mindenhol megtalálhatóak. A manapság alkalmazott akkumulátorok azonban csak csekély teljesítménysûrûséggel rendelkeznek. Amerikai kutatók viszont nemrégiben kifejlesztettek egy olyan anyagot, amely lehetõvé teszi a lítium-ion alapú telepek gyors feltöltését és kisütését.

Gerbrand Ceder a Massachusetts Institute of Technology (MIT) kutatója elmondta: a manapság piacon levõ akkumulátorok ugyan nagy mennyiségû energiát képesek tárolni, de az elérhetõ teljesítmény sûrûség kétségbeejtõen alacsony. Ez például egy villamos meghajtással rendelkezõ autónál a korlátozott gyorsító képességben jelentkezik. Ráadásul egy ilyen elektromos autó feltöltése több órát vesz igénybe.

Lítium-ion akkumulátorok lítium fémoxidokat tartalmaznak. A töltés során ezekbõl az oxidokból válnak ki a lítium-ionok. Ezeket az ionokat grafitban tárolják, a kisütés közben pedig visszavándorolnak a fémoxidba. Alapvetõ kérdés, hogy mi korlátozza a töltés és a kisütés sebességét. A kutatók eddig azt feltételezték, hogy a lítium-ionok nem képesek elég gyorsan mozogni a fémoxidokon keresztül.

Öt évvel ezelõtt Gerbrand Ceder és kutatótársai érdekes felfedezést tettek: Számítógépes szimulációkkal vizsgálták a lítium-ion akkumulátorok hagyományos alapanyagát, a lítium vasfoszfát vegyületet. Az eredmények azt mutatták, hogy a lítium-ionok mozgásának sebessége jelentõs mértékben meghaladja a feltételezett értékeket. Amennyiben a szimuláció hûen tükrözi a valóságot, akkor a lassító hatást máshol kell keresni.

További vizsgálatokkal a kutatóknak sikerült rábukkanni a probléma eredetére. A lítium-ionok a fémoxidok alkotta kristályrácsnak csak bizonyos területein tudnak áthatolni. Ezáltal az ionok „feltorlódnak”, az áramlási sebességük drasztikusan lecsökken. Ceder az egyik tanítványával, Byoungwoo Kanggal kifejlesztett egy eljárást, amelynek segítségével ki lehet iktatni ezt a lassító tényezõt, így megvalósulhat az extrém gyors feltöltési és kisütési sebesség. A két kutató a „Nature” szaklapban publikálta az eredményeit. Kang és Ceder egy üvegszerû lítium-foszfát bevonattal próbálta meg felgyorsítani a lítium-ionok sebességét a fémoxid felületén.

Az újfajta eljárás bemutatásához a kutatók építettek egy apró akkumulátort, amelyben alkalmazták az új rétegeléses módszert. Állításuk szerint 10-20 másodperc alatt fel tudták tölteni, illetve ki tudták sütni a telepet. A speciális réteg nélkül viszont mindkét folyamat 6 percet vesz igénybe. Gerbrand Ceder szerint amennyiben az új technológia piacképessé válik, úgy minõségbeli javulást hoz majd a köznapokban. A Ceder és Kang által felhasznált lítium vasfoszfát anyag nem számít újdonságnak, bizonyos akkumulátorokban ma is ezt használják alapanyagként. Éppen ezért a kutatók szerint a speciális bevonattal ellátott telepek hamar piacéretté tehetõek. Számításaik szerint három éven belül megjelenhet a piacon az új „szuper akkumulátor”.

Forrás: pro-physik.de

Eredeti forrás:
-Byoungwoo Kang und Gerbrand Ceder: Battery materials for ultrafast charging and discharging. Nature 458, 190 (2009) http://dx.doi.org/10.1038/nature07853

További források:

-B. E. Conway: Transition from supercapacitor to battery behavior in electrochemical energy-storage. Journal of the Electrochemical Society 138, 1539 (1991)
-J. M. Tarascon und M. Armand: Issues and challenges facing rechargeable lithium batteries. Nature 414, 359 (2001)
-Massachusetts Institute of Technology:
      http://web.mit.edu/

Bárdossy Gergely