Mobilitás

Az új akkumulátor, amely lehetővé teszi, hogy másodpercek alatt feltöltsünk egy elektromos járművet

S.Rita | 2024.05.10. 05:35

Az elektromos járművek forradalma még alig indult el, máris céltáblára kerültek töltési időkre vonatkozó fejlesztések. Új kutatások szerint a nátriumionos elektromosautó-akkumulátorok nem percek, hanem másodpercek alatt feltölthetők lennének. Ez nem csak a jelenleg piacon lévő legjobb lítium-ionos technológiát előzi meg, de a gáz- és dízelüzemanyagokat is legyőzi a saját játékukban.

 

Nátrium a jövő fenntartható elektromos járműakkumulátorához

A lítium-ion akkumulátorok a 2000-es évek eleje óta az elektromosjármű-piac szereplői által használt energiatárolási technológia, de a váltás már közel van – írja a Clean Technica. A nátriumion-akkumulátor technológia az egyik új technológia, amely átveheti helyét.

Az elektromos járművek akkumulátorait tekintve a nátrium a rendelkezésre állás és a költségek tekintetében megelőzi a lítiumot. A teljesítmény jelent kihívást, a másik akadály pedig a súly. A nátrium és a lítium atomi szomszédok, de a nátrium atomsúlya 3,3-szorosa a lítiuménak.

A svéd Northvolt akkumulátorgyártó cég nemrégiben összeállt a vezető kínai elektromos járműgyártó BYD-vel, jelezve, hogy megoldotta a problémát a mobil alkalmazások tekintetében.

Az amerikai autógyártók még nem jutottak el idáig. Ehelyett a helyhez kötött energiatárolás a kezdeti cél. A Natron Energy kaliforniai cég áprilisban indította be első amerikai gyárát, amely az energiatároló rendszerekre összpontosít, hogy kiegyenlítse a terhelést és kezelje az adatközpontok áramkimaradásait. Az ohiói Acculon Energy egy másik amerikai energiatároló cég, amely a nátrium-ionok területén lát lehetőséget.

Az elektromos járművek forradalma még alig indult el, máris céltáblára kerültek töltési időkre vonatkozó fejlesztések. (Fotó: Canva)

 

A szuperkondenzátor szerepe

A belső égésű motorok piacától eltérően az elektromos járművek akkumulátorainak piaca az akkumulátorok kémiai összetételének bármely variációját támogathatja, hogy a költségek, a hatótávolság és a töltési idők különböző kombinációi, valamint egyéb tényezők – például a járművezetői szokások, az időbeosztás és a töltőállomások elérhetősége – figyelembe vehetők legyenek. Mindazonáltal az elképzelés, hogy kevesebb mint egy perc alatt megállhatunk, bedughatjuk a konnektorba, és újra elindulhatunk, nagyon izgalmas.

Az új nátriumion-akkumulátor-kutatás fő jellemzője egy szuperkondenzátor. Az ultrakondenzátoroknak is nevezett szuperkondenzátorok olyan energiatároló eszközök, amelyek másodpercek alatt képesek feltöltődni. A töltésüket is gyorsan képesek leadni.

Ami a modern alkalmazásokat illeti, az első szuperkondenzátorok már az 1950-es években megjelentek, és ma is széles körben használják őket. „A szuperkondenzátorok nem igényelnek szilárd dielektromos réteget a két elektróda között, ehelyett úgy tárolják az energiát, hogy elektromos töltést halmoznak fel az elektrolitoldattal töltött és szigetelő porózus membránnal elválasztott porózus elektródákon” – magyarázza közleményében az amerikai energiaügyi minisztérium.

Kifejezetten az elektromos járművek esetében az előnyök között szerepel a hosszú élettartam és a széles hőmérsékleti tartományban való hatékony működés képessége.

Az elektromos járművekben való alkalmazás jelenleg olyan másodlagos feladatokra korlátozódik, ahol hasznos a gyors energiafelvétel, mint például a gyorsítás és a regeneratív fékezés. Ezekben a felhasználási esetekben a szuperkondenzátorokkal elkerülhető a fő akkumulátor elhasználódása.

 

A jövő ultra-szupergyors töltésű nátrium-ionos elektromos járműakkumulátora

A szuperkondenzátorok a főbb akkumulátor-alkalmazásokban a szuperkondenzátorok átalakítására szorulnak. „A szuperkondenzátorok fő hátránya az alacsony energiasűrűség és a magas önkisülési ráta” – írja az amerikai energiaügyi minisztérium, utalva a kémiai alapú akkumulátorok azon tendenciájára, hogy ha hosszabb ideig nem használják őket, elveszítik töltésüket.

A bonyodalmak csak fokozódnak, ha az akkumulátor kémiai összetétele nátriumion-formulát tartalmaz. Ennek ellenére a KAIST (Korea Advanced Institute of Science and Technology) egyik kutatócsoportja olyan új energiatárolási megoldással állt elő, amely egyesíti a szuperkondenzátorok teljesítményét a nátriumion-akkumulátorok kémiájának költség- és ellátási lánc-előnyeivel.

A kutatók már most arra számítanak, hogy új akkumulátorukat az elektromos járművek területén alkalmazzák majd. Lehet, hogy ez még messze van, de a projekt ígéretesen indult. A kutatócsoport tanulmányát márciusban publikálta az Energy Storage Materials című folyóirat „3D porózus, N-ben gazdag grafitos szénvázak alacsony kristályosságú, vezetőképes, többértékű vas-szulfidba ágyazott S-dotált anódja és nagy felületi felületű O-dotált katódja nagy teljesítményű nátrium-ion hibrid energiatárolókhoz” címmel.

A rövidebb változat szerint a csapat egy új akkumulátort fejlesztett ki, amely egy új, kifinomult anódot és egy új, szuperkondenzátor-technológiát befogadó katódot kombinál. A két elektródát gondosan megtervezték, hogy elsimítsák az energiatárolási sebességük közötti különbségeket.

„Ez a kombináció lehetővé teszi, hogy az eszköz egyszerre érjen el nagy tárolókapacitást és gyors töltési-lemerülési sebességet, ami a lítium-ion akkumulátorok életképes, következő generációs alternatívájaként pozícionálja” – magyarázta a KAIST április 18-i sajtóközleményében, amelyben azt is megjegyzik, hogy a nátrium több mint 500-szor nagyobb mennyiségben fordul elő, mint a lítium.

„Ez az eszköz felülmúlja a kereskedelmi forgalomban kapható lítium-ion akkumulátorok energiasűrűségét, és a szuperkondenzátorok teljesítménysűrűségének jellemzőit mutatja” – hangsúlyozta a KAIST. „Várhatóan alkalmas lesz a gyors töltési alkalmazásokhoz, az elektromos járművektől kezdve az intelligens elektronikus eszközökön át az űrtechnológiákig.”

Új kutatások szerint a nátriumionos elektromosautó-akkumulátorok nem percek, hanem másodpercek alatt feltölthetők lennének. (Fotó: Canva)

 

Egy másik út a jövő ultra-extra-szupergyors töltésű elektromos járműve felé

A KAIST csapata nem az egyetlen, amely a szuperkondenzátor-technológia alkalmazásával emeli az elektromos járművek töltési idejének mércéjét. IAz Egyesült Államokban a TAMU (Texas A&M University) kutatócsoportja egy új akkumulátoron dolgozik, amely nitrid MXene-t tartalmaz. A „Maxine-ként” emlegetett MXene-ről itt írtunk korábban.

A grafénhez hasonlóan az MXene is olyan egyedi tulajdonságokkal rendelkezik, amely többek között a kisméretű, könnyebb, gyorsabb, olcsóbb és hatékonyabb elektronikai és energiatároló eszközök új korszakát nyithatják meg.

A grafén és az MXene 2D-s, atomi szintű anyagok. A grafén egyetlen réteg szénatomból áll, míg az Mxene két réteg anyagból áll, amelyek fémkarbidokból, nitridekből vagy szénnitridekből állnak.

Az MXene segítségével a TAMU csapata túlmutat az elektromos járművek akkumulátorainak másodpercek alatt történő feltöltésére irányuló ambíciókon, és napokig tartó másodperces töltést ér el.

„A csapat kutatása aláhúzza a nitrid MXene potenciálját, hogy megbízható opcióként szolgáljon az energiatároló eszközök számára, amelyek alkalmazásai a kiselektronikától a nagyméretű hálózati tároláson át az elektromos járművekig terjednek” – jegyezte meg a TAMU április 22-i sajtóközleményében.

Egy cikkben, amelyet a vezető kutató és a TAMU vegyészmérnöki professzora, Dr. Abdoulaye Djire írt 2019-ben, a csapat bemutatta, hogy a Ti4N3Tx MXene nevű 2D anyag (Ti a titán, N3 a nitrid, a Tx pedig a csoportfelületekre utal) egyszerre viselkedik fémként és félvezetőként.

Amellett, hogy jelentős hatással lehet az elektromos járművek töltési idejére és más energiatárolási alkalmazásokra, Dr. Djire MXene-ekkel kapcsolatos kiterjedt munkája az ammónia (NH3) előállításának szén-dioxid-mentesítését is szolgálja, amint azt a Nature folyóirat 2022-ben megjelent cikkében leírja.

 

Kiemelt kép forrása: Canva

 

 

  S.Rita
Bejegyzés megosztása
Ajánlott cikkek
Iratkozz fel hírlevelünkre!
©2024 NRGREPORT, Minden jog fenntartva.