Az amerikai Illinois Institute of Technology és az Argonne National Laboratory kutatói kifejlesztettek egy lítium-levegő akkumulátort, amely négyszer nagyobb energiasűrűséggel rendelkezik, mint a hagyományos lítium-ionos. Amennyiben sikerül a benzinhez hasonló energiasűrűségű, új akkumulátort méretezni, azaz nagyobb és kisebb léptékben megvalósítani, az áttörést hozhat az elektromos energia felhasználása és tárolása során. Kereskedelmi forgalomba hozatal esetén a kialakítás radikálisan megnövelheti az elektromos járművek hatótávolságát, miközben jelentősen csökkenti az akkumulátorok súlyát és méretét.
A fejlesztés középpontjában a lítiumban gazdag, nanorészecskékkel beágyazott, szilárd állapotú elektrolit kifejlesztése áll. Ez a kompozit elektrolit, amelyet kerámia-polietilén-oxid polimer mátrix felhasználásával építettek fel, felváltja a hagyományos akkumulátorok tervezésében használt, gyúlékony folyékony elektrolitokat.
A kutatók négyelektronos kémiai reakciót hoztak létre a szobahőmérsékleten működő lítium-levegő akkumulátorokban. Ez azért jelentős, mert a legtöbb lítium-alapú akkumulátor csak egy- vagy kételektronos reakciókat tudott kihasználni, ami korlátozta a tárolható energia mennyiségét.
Hagyományosan a lítium-levegő akkumulátorok lítium-szuperoxidot (LiO₂) vagy lítium-peroxidot (Li₂O₂) termeltek, amelyek mindkettő korlátozza az energia kimenetet. Az új akkumulátor-tervezés azonban áttöri ezt a korlátot, lehetővé téve a lítium-oxid (Li₂O) képződését és bomlását. A folyamat révén egy olyan reakcióútvonal épül fel, amely sokkal több energiát tárol, mint a lítium-ionos akkumulátorok. Katalizátorként trimolibdén-foszfidot (Mo₃P) használtak, amely elősegíti a kritikus négyelektronos átvitelt, miközben biztosítja a reakció stabilitását a hosszú távú használat során.
Annak megerősítésére, hogy a kívánt reakció valóban megtörténik, a csapat kriogén transzmissziós elektronmikroszkópiát alkalmazott az USA Energiaügyi Minisztérium Nanoszkópikus Anyagok Központjában. Elemzésük megerősítette a lítium-oxid reverzibilis képződését és bomlását, igazolva a négyelektronos reakció sikerét.
A kutatók szerint az akkumulátor szobahőmérsékleten legalább 1000 töltési-kisütési ciklust képes kibírni jelentős minőségromlás nélkül, ami elengedhetetlen a valós életben való alkalmazhatóság szempontjából. A kilogrammonkénti 1200 wattórára becsült energiasűrűséggel jelenleg a legnagyobb potenciállal rendelkező, újratölthető akkumulátor-technológia.
Forrás: Interesting Engineering
A borítókép illusztráció, forrás: Adobe Stock
