Gerbrand Ceder
Amerikai kutatók egy újabb olyan felfedezésről számoltak be ma a Nature hasábjain, amely gyorsabban, órák helyett másodpercek alatt feltölthető lítiumion akkumulátorok gyártását teheti lehetővé. A Massachusettsi Műszaki Egyetemen (MIT) kidolgozott módszer azzal emelkedik ki a hasonló előrelépéssel kecsegtető találmányok népes sorából, hogy már bejáratott és a jelenlegi gyártási folyamatban használt anyaggal dolgozik, ezért elméletileg rövid idő alatt bevezethető. A kutatók úgy számolnak, hogy a technológiának köszönhetően nemcsak gyorsan tölthető, de egyben kisebb és könnyebb akkumulátorok két-három éven belül kereskedelmi forgalomba kerülhetnek – két cég már meg is vásárolta a licencet.
Hirdetés
De mi is a probléma a jelenlegi lítiumion akkukkal? Az – mondja a tanulmányt jegyző Gerbrand Ceder, az MIT anyagtudományi tanszékének oktatója –, hogy bár nagy az energiasűrűségük, lassan tölthetők fel és lassan is adják le a töltésüket. Gondoljunk csak az elektromos autókra, amelyekkel inkább lehet tartósan viszonylag nagy sebességgel haladni, mint dinamikusan gyorsulni.
A tudósok eddig úgy gondolták, hogy a lítiumion elemek „lassúságát” az magyarázza, hogy a töltést hordozó lítiumionok – melyek töltéskor, illetve kisüléskor ellentétes irányba mozognak az anód és a katód között – egyszerűen lassan vándorolnak az anyagban. Ceder néhány kollégájával azonban számítógépes szimulációkkal már öt évvel ezelőtt bemutatta, hogy az akkumulátorokban általánosan használt lítium-vas-foszfátban elméletben rendkívül gyorsan kellene mozognia a lítiumionoknak. „Mivel a lítiumionok sebesen haladnak, a problémát máshol kellett keresni” – magyarázta Ceder.
További szimulációk során felfedezték, hogy a lítiumionok akkor vándorolnak gyorsan, ha az anyag felszínén lévő csatornák közvetlen közelében helyezkednek el. Ezért Ceder egyik hallgatójával, Byoungwoo Kanggal közösen olyan felszíni struktúrát hozott létre, amely e járatok felé vezeti az ionokat. Ezt a módszert használva a kutatóknak sikerült egy olyan akkumulátorprototípust gyártania, amely nagyjából 10-20 másodperc alatt teljesen feltölthető. (Hagyományos eljárással gyártott azonos cella esetében a teljes feltöltés 6 percig tart.) Az is kiderült, hogy a megmunkált felületű anyag az ismételt töltések és kisülések folyamán lassabban veszít a kapacitásából, mint a mai akkuk, ráadásul – mivel kevesebb anyagra van szükség – kisebbek és könnyebbek is lehetnek az elemek.
„Az, hogy lehetővé válik az akkumulátorok másodpercek alatti feltöltése és kisütése, teljesen új technológiák előtt nyitja meg a lehetőségeket, ezek a mindennapi életünket is átalakíthatják” – vizionálja a tanulmány konklúziójában Cedar és Kang, akiknek munkáját az amerikai energiaügyi minisztérium is támogatta.
