Évtizedes áttörés az akkugyártásban

Az akkumulátorok Szent Grálját találták meg a Stanford Egyetem munkatársai, akik tiszta lítiumból tudtak anódot készíteni. A nagyobb kapacitású, könnyebb és kisebb akkumulátorokat eredményező áttörésről a Nature Nanotechnology tudományos lapban számolt be Yi Cui, a kutatócsoport vezetője.

Most is többnyire lítiumos akkukat használunk, de az elnevezés félrevezető, mert a lítiumion nem az anódban van, hanem az elektrolitben. Azt pedig egyáltalán nem volt könnyű megoldani, hogy az anódot is ebből az anyagból tudják elkészíteni.

Mérnöki kihívások

Az akkumulátoroknak három fő összetevőjük van: az elektrolit szolgáltatja az elektronokat, míg az anód süti ki azokat; ez a negatív pólus, ahonnan az elektronok átjutnak az akkura kötött eszközbe. Végül a pozitív pólusnál katód begyűjti az elektronikus eszközön áthajtott elektronokat.

Töltés közben az elektrolitban lévő pozitív töltésű lítiumionokat magához vonzza a negítív töltésű anód, és környezetében felgyülemlik a lítium. Magát az anódot most grafitból, vagy újabban szilíciumból gyártják le.

Mindegyik anód valamennyire kitágul töltés során, de nem annyira, mint a lítium, amelyen a folyamat közben gödröcskék és repedések alakulnak ki. Éppen úgy, ahogy egy lufi felfújása közben elkezdene lepattogni a rákent festék. A repedéseken kiszabaduló lítiumion rövidre zárná az akkut és lerövidítené az élettartamát. Ezt tehát meg kellett akadályozni.

A második mérnöki kihívást a lítium anód és az elektrolit között fellépő erős kémiai reakció jelentette, ez ugyanis az elektrolit elhasználásával szintén csökkenti az akku élettartamát. Az pedig már igazán apróság, hogy az anód és az elektrolit érintkezése során hő keletkezik, és a túlmelegedett akkuk tűzveszélyesek lehetnek. Ami egy szárhatvannal száguldozó Tesla vagy egy ezerrel repülő Boeing Dreamliner esetében nem túl megnyugtató.

A Stanford kutatói összekapcsolt szénkupolákból készítettek egy 20 nanométer vékony filmréteget, amivel bevonták az instabil lítiumot. A nanogömböknek elnevezett réteg kémiailag stabil, erős és rugalmas, tehát követni tudja a lítium tágulását és összehúzódását, így elég jól megvédi az anódot.

A nanogömbök az akkumulátor Coulomb-hatásfokát javítják 99 százalékra, ami százötven töltési ciklus után is ugyanennyi marad (ez a szám a használat során kilépő és a töltés során belépő töltés arányát jelzi). A védtelen lítium esetében ugyanaz az érték csak 96 százalék volt, és kevesebb mint száz töltési ciklus után 50 százalékra csökkent.

Yi Cui szerint még így is van min dolgozni, el kell érniük a 99,9 százalékos vagy annál is magasabb szintet, hogy érdemes legyen az új technikát piacra dobni. Ha ezt megoldják, akkor 3-4-szer nagyobb kapacitású akkuk kerülhetnek a mobilokba, és mindegyik lazán végigvisz majd egy-két napot lemerülés nélkül.