Egy olyan korban, amikor a hatékony és fenntartható energiatárolás iránti igény a csúcson van, a Harvard Egyetem Műszaki és Alkalmazott Tudományok Karának úttörő fejlesztése új mércét állít fel az akkumulátortechnológia területén. A kutatók bemutattak egy új lítium-fém akkumulátort, amely legalább 6000 töltési és kisütési ciklust képes kibírni, és perceken belül teljesen feltölthető. Ez a forradalmi előrelépés nemcsak az akkumulátorok használatának átalakítását ígéri, hanem utat nyit a gyakorlatiasabb alkalmazások előtt is az olyan iparágakban, mint az elektromos járművek gyártása.
A kutatás lényege a lítium-fém anódok felhasználásával készült szilárdtest akkumulátorok gyártása, amely módszer új ismereteket kínál a potenciálisan forradalmi akkumulátorok anyagairól. A „Nature Materials” című folyóiratban nemrégiben megjelent tanulmány kiemeli a lítium-fém anódok megértésében és felhasználásában elért jelentős előrelépéseket. Xin Li, a tanulmány szerzője megjegyezte: „A lítium-fém anód akkumulátorokat az akkumulátorok szent gráljának tekintik. Kapacitásuk tízszerese a kereskedelmi forgalomban kapható grafitanódokénak, ami potenciálisan jelentősen növelheti az elektromos járművek hatótávolságát. Kutatásunk létfontosságú lépést jelent a praktikusabb szilárdtest akkumulátorok ipari és kereskedelmi alkalmazásokban való alkalmazása felé.”
Az ilyen akkumulátorok tervezésének egyik legnagyobb kihívása a dendritek kialakulása az anód felületén. Ezek a gyökérszerű struktúrák az elektrolitban nőnek, áthatolnak az anódot és a katódot elválasztó gáton, ami akkumulátor-rövidzárlatokhoz és akár tüzekhez is vezethet. 2021-ben Li és csapata egy többrétegű akkumulátor tervezésével próbálta megoldani ezt a problémát, amelyben különböző stabilitású anyagokat helyeztek el az anód és a katód között. Ez a többrétegű, többféle anyagot tartalmazó kialakítás nem blokkolta teljesen a lítium-dendriteket, de szabályozta és korlátozta azok behatolását.
Legújabb kutatásukban a csapat további előrelépést tett azáltal, hogy mikrométer méretű szilíciumrészecskéket épített be az anódba. Ez a megközelítés csökkenti a lítiumképződési reakciót, és elősegíti a vastag lítiumfém egyenletes galvanizálását, hatékonyan megakadályozva a dendritek képződését. Ezenkívül a galvanizálási és a sztrippelési folyamatok gyorsan végbemehetnek sík felületeken, lehetővé téve az akkumulátor mindössze 10 perc alatti teljes feltöltését.
A kísérleti fázisban egy postabélyeg méretű tasakos elemet hoztak létre, amely 10-20-szor nagyobb, mint a legtöbb, egyetemi laboratóriumokban gyártott gombelem. Figyelemre méltó módon ez az elem még 6000 ciklus után is megőrizte kapacitásának 80%-át, felülmúlva a piacon jelenleg kapható többi tasakos elemet.
Ez a Harvard-innováció több mint egy tudományos eredmény; jelentős előrelépést jelent az akkumulátortechnológiában. Megnövelt kapacitásával, biztonságával és hatékonyságával a Li és csapata által kifejlesztett lítium-fém akkumulátor forradalmasíthatja az energiatárolást és -felhasználást, különösen az elektromos járművekben, és jelentős mérföldkövet jelenthet a fenntarthatóbb és energiahatékonyabb jövő felé vezető utunkon.
Közzététel ideje: 2024. január 12.
