A német Szövetségi Anyagkutató és Vizsgáló Intézet (BAM) kutatói áttörést értek el a szilárdtest-akkumulátorok fejlesztésében, amely új korszakot nyithat az energiatárolásban. Az általuk kifejlesztett NASICON-alapú szilárd elektrolit lehetővé teheti, hogy a jövő nátrium-alapú akkumulátorai olcsóbbak, biztonságosabbak és akár százszor nagyobb teljesítményűek legyenek, mint a jelenlegi technológiák – mindezt szobahőmérsékleten.

A lítiumon túl: miért van szükség új technológiára?

A jelenleg használt lítium-ion akkumulátorok kulcsszerepet játszanak az elektromos járművek és a mobil eszközök működtetésében, ugyanakkor számos kihívással küzdenek. Ilyen a korlátozott energiasűrűség, a lassú töltési sebesség, a ritka és drága nyersanyagoktól való függés, valamint biztonsági kockázatok a gyúlékony folyékony elektrolitok miatt, fejti ki az Interesting Engineering.

A szilárdtest-akkumulátorok e problémákra kínálnak megoldást azáltal, hogy folyékony helyett szilárd elektrolitot alkalmaznak, ami nemcsak biztonságosabb, hanem akár 40%-kal nagyobb energiasűrűséget is lehetővé tesz.

A BAM kutatócsapata – Gustav Graeber, a Humboldt Egyetem akkumulátor-specialistája vezetésével – a nátrium-szuperionos vezetőket (NASICON) helyezte kutatásai középpontjába.

Az általuk fejlesztett új szilárd elektrolit magas ionvezetőképességgel rendelkezik szobahőmérsékleten, kémiailag stabil nátriummal és káliummal párosítva, és fenntarthatóbb alternatívát kínál a lítium alapú technológiáknál.

A kutatók célja, hogy olyan akkumulátorokat fejlesszenek, amelyek kivételes teljesítményre képesek anélkül, hogy extrém hőmérsékletre lenne szükségük.

A kutatók célja, hogy olyan akkumulátorokat fejlesszenek, amelyek kivételes teljesítményre képesek anélkül, hogy extrém hőmérsékletre lenne szükségük. (Kép forrása: Unsplash)

A korlátok áttörése

A jelenlegi folyékony alkálifém-anódok (például nátrium vagy kálium) akár százszor nagyobb teljesítményt nyújtanak, mint a grafit anódok – ám csak 250 °C-on működnek. A BAM kutatása azt célozza, hogy a kálium adalékként csökkentse ezeknek az anódoknak az olvadáspontját, így lehetővé téve a magas teljesítmény elérését szobahőmérsékleten is.

Az egyik fő kihívás azonban az, hogy a legtöbb szilárd elektrolit lebomlik, ha káliummal érintkezik. A BAM csapata jelenleg alternatív, fenntarthatóbb adalékanyagokat keres a jelenleg használt, ritka és drága hafnium helyett.

Ha a kutatás sikerrel jár, az új NASICON-alapú szilárd elektrolit technológia jelentősen csökkentheti a töltési időket, növelheti az akkumulátorok biztonságát és teljesítményét, és új lendületet adhat a fenntartható energiatárolásnak, mind a mobil eszközök, mind az elektromos járművek, mind pedig a hálózati energiatároló rendszerek területén.

A legígéretesebb anyagokat már most valódi nátrium-akkumulátorokban tesztelik, ami előrevetíti az ipari alkalmazhatóság közelségét. Ez a kutatási projekt döntő lépésnek bizonyul a fenntarthatóbb, olcsóbb és hatékonyabb, nagy teljesítményű akkumulátorok felé.

 A szilárdtest-akkumulátorok terén elért fejlesztések nemcsak technológiai áttörést jelentenek, hanem hozzájárulhatnak a dekarbonizációs célok eléréséhez is. A nátrium-alapú szilárd elektrolitok kulcsszerepet játszhatnak a lítiumfüggőség csökkentésében, miközben magasabb teljesítményt, gyorsabb töltést és nagyobb biztonságot kínálnak – szobahőmérsékleten is.

Kiemelt kép forrása: Unsplash