A Tiencsini Egyetem kutatói olyan akkumulátort fejlesztettek ki, amelynek energiasűrűsége meghaladja a 600 wattóra/kilogrammot (Wh/kg).
Egységnyi tömegben tárolt energia
Az energiasűrűség határozza meg azt, hogy egy eszköz mennyi energiát képes eltárolni. Minél nagyobb az energiasűrűség, annál kisebb és könnyebb lehet az akkumulátor – mutat rá beszámolójában a The Independent.
A lítium-fém akkumulátorokról ismert, hogy elméleti energiasűrűségük magasabb, mint a hagyományos lítiumion-akkumulátoroké.
Éppen emiatt a jövő egyik legígéretesebb megoldásának tartják őket.
A most elért 600 Wh/kg kétszerese a Tesla celláiban mért 300 Wh/kg értékéek, és jóval meghaladja a BYD Blade 150 Wh/kg-ját is.
Az eddigi legnagyobb energiasűrűséget az Ampriusnak sikerült elérnie. A lítium-szilikon technológiával ezt az értéket megközelítőleg 500 Wh/kg-ig tudták feltornázni.
A Nature folyóiratban publikált eredmények a jelenlegi lítium-fém akkumulátorok energiasűrűségéhez és élettartamához képest 200–300 százalékos javulást mutatnak.
A lítiumfém-akkumulátorok egyik fő akadályát eddig az elektrolitok jelentették, amelyek nehezen tudtak egyensúlyt tartani az energiasűrűség, az élettartam és a biztonság között.
A lítium-akkumulátorok elektrolitjai jellemzően szolvatációs szerkezetekre épülnek. Itt az oldószermolekulák rendezett módon veszik körül a lítiumionokat.
Ez ugyan stabilizálja az ionokat, de akadályozza az egyenletes és gyors lítium-lerakódást töltés közben, így csökkenti az akkumulátor élettartamát, biztonságát és energiasűrűségét.
Áttörést jelentő szakítás
A kutatók szerint a lítium-fém akkumulátorok gyakorlati alkalmazásait jelenleg korlátozza, hogy az elektrolitok többsége domináns szolvatációs struktúrákra épül.
Most a kutatók azonban szakítottak a hagyományos „szolvatációs struktúrával”.
Az új fejlesztés során a tudósok újragondolták a lítiumionok szolvatációs környezetét, és kifejlesztettek egy „delokalizált elektrolitot”, amely rendezetlenebb, sokkal inkább delokalizált mikrokörnyezetet hoz létre.
A gépi tanulással optimalizált elektrolit ráadásul fluorint is tartalmaz, ami extrém hőmérsékleti és mechanikai körülmények között is biztonságossá teszi az akkumulátort. Így például -60 °C-on is működőképes, és tűz hatására sem gyullad ki.
Mindez csökkenti az iontranszport akadályait, növeli a stabilitást, és javítja az akkumulátor teljesítményét és ciklus-élettartamát.
A kutatók a technológiát nagykapacitású lítiumfém “pouch” cellákban tesztelték, ahol a rendszer példátlan, 604,2 Wh/kg energiasűrűséget ért el.
A kísérleti tesztek során a drónok repülési ideje mintegy háromszorosára nőtt, miközben az akkumulátor 90 töltési ciklus után is stabil maradt.
Ha a technológia ipari méretekben is megvalósíthatóvá és alkalmazhatóvá válik, alapjaiban formálhatja át az elektromos járművek és a légi közlekedés jövőjét.
(Kép: Unsplash/Markus Spiske)
