A Toyota Motor Corporationnel együttműködve kutatók egy új típusú katódanyagon dolgoztak, amelyet teljesen szilárdtest-akkumulátorokhoz fejlesztettek ki. A beszámolók szerint sikerült körülbelül háromszorosára növelniük a teljesen szilárdtest fluoridion-akkumulátor pozitív katódjának térfogategységre vetített kapacitását a lítiumion-akkumulátorokéhoz képest.

A jelentések szerint, amikor ezt az anyagot akkumulátorban alkalmazzák, várhatóan kétszer akkora energiasűrűséget biztosít majd, mint a jelenlegi lítiumion-akkumulátorok – írja az Interesting Engineering. A fluoridion-akkumulátorok (FIB-ek) katódanyaga megközelítőleg 550 mAh/g visszafordítható kapacitást nyújt, ami több mint kétszerese a lítiumion-katódokra jellemző 120–250 mAh/g értéknek – derül ki a beszámolókból.

A fluoridion-akkumulátorok néhány éven belül az elektromos járművek (EV-k) gyakorlati alkalmazásának részévé válhatnak. (Fotó: Unsplash)

Fluoridion-akkumulátorok az elektromos autókban – a gyakorlati alkalmazás küszöbén

A fluoridion-akkumulátorok néhány éven belül az elektromos járművek (EV-k) gyakorlati alkalmazásának részévé válhatnak.  A Kiotói Egyetem kutatói réz-nitridet alkalmaznak a katódban. Emellett más anyagokat, például mangánt és lantánt is beépítenek perovszkit kristályszerkezetbe. A töltési folyamat során a fluoridionok nátrium-klorid (NaCl) rétegeken keresztül vándorolnak.

A kutatók kimutatták, hogy a réz-nitrid reakcióba lép a nitrogén- és fluoridionokkal, lehetővé téve három elektron kivonását nitrogénatomonként. Ennek eredményeként a kapacitás térfogatra vetítve háromszoros, tömegre vetítve pedig kétszeres a lítiumion-akkumulátorokhoz képest. Az anyag emellett kellően tartós ahhoz, hogy több tucat töltési/kisütési ciklust kibírjon.

A kutatók hangsúlyozták, hogy a teljesen szilárdtest fluoridion-akkumulátorok (FIB-ek) egyre nagyobb figyelmet kapnak mint a következő generációs energiatárolási technológiák potenciális jelöltjei. Ugyanakkor a nagy energiasűrűségű, ígéretes katódanyagokból eddig hiány mutatkozott.

Az ilyen akkumulátorok alkalmazása akár megduplázhatja az elektromos járművek hatótávolságát, kb. 600 km-ről 1 200 km-re.

A fluoridion-akkumulátoroké a jövő energiatárolása

A beszámolók szerint az elmúlt években a fluoridion-akkumulátorok népszerűsége folyamatosan nőtt, mivel ígéretes lehetőséget kínálnak a jövő energiatárolásában.

Ez nagyrészt annak köszönhető, hogy szilárd elektrolitot tartalmaznak, valamint gyors fluoridion-vezetést biztosítanak, ami megnövelheti a biztonságot. A fluoridionok egyértékűek és kis méretűek, így gyorsan mozognak szilárd közegben. A korábbi fluoridion-katódoknak azonban számos korlátja volt – az új réz-nitrid (Cu₃N) anyag ezeket több szempontból is orvosolhatja.

Az American Chemical Society folyóiratban megjelent tanulmányban a kutatók a réz-nitridet vizsgálták mint katódanyagot teljesen szilárdtest fluoridion-akkumulátorokhoz. Ez az anyag elegendő anionos üreget biztosít a kétszeresen koordinált rézatomok körül az F⁻ ionok beépüléséhez, lehetővé téve ezzel egy több elektronos fluoridációs folyamatot.

A kutatók megállapították, hogy a Cu₃N körülbelül 550 mAh/g visszafordítható kapacitást biztosít, ami felülmúlja számos hagyományos fluoridion-katód teljesítményét.

Úgy vélik, hogy az új típusú töltéskompenzációs kémia, valamint a vegyes anionos Cu–N/F helyi szerkezetek egyedi beépülési mechanizmusai új távlatokat nyithatnak az energiatároló anyagok fejlesztésében.

A vizsgálat során kifejlesztett katódok a következő generációs, teljesen szilárdtest fluoridion-akkumulátorokhoz is alkalmasak. Egy ilyen akkumulátor megvalósításához azonban a pozitív elektród mellett anódra és szilárd elektrolitra is szükség van – a kutatócsoport ezek fejlesztését külön folytatja – számolt be róla a Nikkei.

Kiemelt kép forrása: Unsplash