Biztonságosabb, olcsóbb, erősebb akkumulátor építhető alumíniummal

Ahogy a világ elkezdi megközelíteni a lítiumion-akkumulátorok határait, és robban a következő generációs, nagy hatótávolságú EV-k, valamint az elektromos repülőgépek piaca, egyre gyorsul a hagyományos lítium-iont felülmúló, biztonságosabb, olcsóbb és erősebb akkumulátor-rendszerek keresése. Egy régóta ismert, de ebben a technológiában ősidők óta hanyagolt fém, az alumínium lehet a megoldás – vallja a Georgia-i Technológiai Intézet Matthew McDowell vezette kutatócsoportja. A tudósok George W. Woodruff, a Mechanikai és Anyagtudományi Egyetem docensének csapatával együttműködve alumíniumfóliát használnak, hogy nagyobb energiasűrűségű és stabilabb akkumulátorokat hozzanak létre – áll a Nature Communications szaklapban közzétett publikációban.

A hagyományos lítiumion-akkumulátorokban használt alumínium néhány töltési-kisütési cikluson belül töredezni kezd és tönkre is megy – a ki-beáramló lítium okozta tágulás és összehúzódás következtében. Éppen ezért a fejlesztők még az 1970-es években arra a következtetésre jutottak, hogy az alumínium nem életképes akkumulátor-alapanyag. Ez az álláspont változhat meg a szilárdtest-akkumulátorok iránt növekvő igény miatt, hiszen azok – a lítium-ionos társaikkal ellentétben – nem gyúlékonyak, ráadásul új, nagy teljesítményű aktív anyagok integrálását is lehetővé teszik. Erre mutat rá a Georgia-i Technológiai Intézet kutatása is.

A csapat úgy döntött, ahelyett, hogy tiszta alumíniumot használtak volna a fóliákban, kis mennyiségű más anyagot is hozzáadtak, hogy különleges mikrostruktúrájú fóliákat hozzanak létre. Több mint 100 különböző anyagot teszteltek, hogy megértsék, hogyan viselkednének akkumulátorokban.

„Az új alumíniumfólia-anódunk jelentősen jobb teljesítményt és stabilitást mutatott szilárdtest-akkumulátorokban alkalmazva, mint hagyományos lítiumion-akkumulátorokban” – árulta el Yuhgene Liu, McDowell laboratóriumának PhD-hallgatója, a tanulmány vezető szerzője. A csapat megfigyelte, hogy az alumíniumanód több lítiumot, és ezáltal több energiát képes tárolni, mint a hagyományos anódanyagok. Ebből kiindulva olyan nagy energiasűrűségű akkumulátorokat hoztak létre, amelyek potenciálisan felülmúlhatják a lítium-ionos elődeiket.

Rövid hatótávolságú elektromos repülőgépeket több vállalat is fejleszt, de a nagy ugrásban még mindig hátráltatják őket a jelenlegi akkumulátorok, hiszen nem tartalmaznak elég energiát ahhoz, hogy a repülőgépek egy feltöltéssel kb. 240 kilométernél nagyobb távolságra repüljenek. Új kémiai összetételű akkumulátorokra van tehát szükség, és a McDowell-csoport alumíniumanódos akkumulátorai megnyithatják az utat ebbe az irányba.

„Ez egy olyan anyagról szóló történet, amelyről már régóta tudtak, de az akkumulátorfejlesztés korai szakaszában elhanyagolták” – utalt az alumíniumra McDowell. „Az új ismeretekkel, egy új technológiával – a szilárdtest-akkumulátorral – kombinálva viszont rájöttünk, hogy hogyan újíthatjuk meg az ötletet, és hogyan érhetünk el igazán ígéretes teljesítményt.”

Gábor János, NEW technology