Kevlárszálakkal ötször erősebb lítiumion-akkumulátor hozható létre
A mai lítium-ionos megoldásoknál akár ötször nagyobb energia tárolására alkalmas képességük miatt a kutatók élénk érdeklődést mutatnak a lítium-kén akkumulátorok iránt – a Michigani Egyetem tudóscsapata tett egy lépést a bennük rejlő valós lehetőségek megvalósítása felé.
Ahmet Emre/Kotov Lab
„Számos jelentésben több száz ciklusról számoltak be a lítium-kén akkumulátorok esetében, de ezt más paraméterek – például kapacitás, töltési sebesség, rugalmasság és biztonság – rovására érik el. A kihívást manapság az jelenti, hogy olyan akkumulátort készítsünk, amely a korábbi 10-ről több százra növeli a ciklusszámot, és több más követelménynek is megfelel, beleértve a költségeket is” – mondta a kutatócsoport vezetője, Nicholas Kotov.
Kotov és kollégái e kihívás megoldása során az úgynevezett aramid nanoszálakhoz fordultak, amelyek a kevlárszálak nanoméretű változatai, és gondosan megtervezett, a sejtmembránok szerkezetét utánzó hálózatokká alakították őket. Ezt az anyagot egy elektrolitgéllel töltötték fel, ami megakadályozza az akkumulátorok meghibásodásának egyik gyakori okát, amit az egyik elektródán felbukkanó tűszerű kinövések, a dendritek idéznek elő.
Az újszerű membrán előnyei azonban ennél is messzebbre mutatnak. Ahogy a lítium-kén akkumulátor ciklikusan működik, a lítium és a kén apró részecskéi, az úgynevezett lítium-poliszulfidok a lítiumhoz áramlanak, és veszélyeztetik az eszköz kapacitását. A csapat ezt a problémát úgy oldotta meg, hogy apró csatornákat épített be a mesterséges membránba, és elektromos töltést adott hozzá, amely taszítja a részecskéket, miközben a pozitív töltésű lítiumionok szabadon áramolhatnak.
Ennek az úgynevezett ionszelektivitásnak az eredménye egy „majdnem tökéletes” kialakítású lítium-kén akkumulátor. Kotov szerint az eszköz az elméleti határokat megközelítő hatásfokkal büszkélkedhet, míg kapacitása ötszöröse egy hagyományos lítium-ion akkumulátorénak – ez olyan elektromos járműveket tehet lehetővé, amelyek például ötször hosszabb utat tudnak megtenni anélkül, hogy újratöltésre lenne szükségük.
A tudósok várakozásai szerint valós környezetben, gyorstöltési technológiával az akkumulátor körülbelül 1 000 ciklust bírna ki, ami 10 éves élettartamnak számít. Az eszköz mellett szól az is, hogy a kén beszerzése és előállítása jóval könnyebb, mint a lítium-ion akkumulátorokban használt kobalté, az aramidszálakat pedig régi golyóálló mellényekből is ki lehet nyerni, így összességében környezetbarátabb a megoldás.
