Az akkumulátorok fogyása

Írta: Robert F. Service 2009. augusztus 14, 00:00

Éves 27 milliárd dolláros eladással a lítium-ion akkumulátorok már uralják az újratölthető piacot. De mindig van nyomás a jobb cselekvésre. A kutatók most arról számoltak be, hogy kitalálták a nanotechnológia alkalmazási módját a lítium-ion akkumulátorok energiatároló kapacitásának jelentős növelésére, vagy a jelenlegi energiatartalom fenntartása mellett csökkentik súlyukat. Az új munka a könnyebb laptopoktól kezdve a lényegesen nagyobb hatótávolságú elektromos autókig mindenhez vezethet.

A hagyományos újratölthető állapotban a pozitív töltésű lítiumionok szénalapú anódban vannak tárolva, és az akkumulátor lemerülésekor a katódba áramlanak. A szén könnyű és tartós a töltés és kisütés számos ciklusa alatt. De mindegyik lítiumion megtartásához körülbelül hat szénatom szükséges. A közelmúltban a kutatók arra törekedtek, hogy kristályos szilíciumból készítsenek anódokat, mert mindegyik szilícium-atom körülbelül négy lítiumatomot képes befogadni, így sokkal több energiát képes tárolni.

2007-ben Yi Cui, a kaliforniai Palo Alto Stanford Egyetem anyagtudósának vezetésével a kutatók ezt tették. Anódjukat kristályos szilícium nanohuzalokból készítették, amelyek elég keskenyek ahhoz, hogy megduzzadjanak és összezsugorodjanak kevesebb sérüléssel. Az akkumulátorok a töltés tízszeresét képesek tárolni, mint a hagyományos újratölthető elemek, de az ismételt töltési és kisütési ciklusok során elhasználódtak. A probléma az, hogy a kristályos anyag végül elszakad, tönkretéve annak újratöltési képességét.

Tehát jelenlegi tanulmánya céljából Cui csapata a törékeny szilícium nanohuzalokat szén nanoszálakra cserélte, amelyeket aztán amorf szilíciumba burkoltak. A szénmagok eredendő stabilitása lehetővé tette a kutatók számára, hogy az amorf szilíciumot teljesen feltöltsék lítiumionokkal. Az eredmények, amelyekről a Nano Letters egy következő kiadásában beszámolnak, az, hogy az új szén-szilícium hibrid anódok hatszor nagyobbak a töltőkapacitással, mint a hagyományos teljes szén-dioxid-anódok, de a korai tesztekben stabilabbnak tűnnek, mint a szilícium megfelelői. Ez végül lehetővé teheti az akkumulátortársaságok számára, hogy több könnyű akkumulátort készítsenek, ami kulcsfontosságú lehet a jövőbeli elektromos autók számára; a vállalatok az akkumulátor súlyát is megtarthatnák, de akár 50% -kal is növelhetnék a tárolt energia mennyiségét - javasolja Cui.

Arumugam Manthiram, az austini Texasi Egyetem anyagkémikusa és akkumulátorszakértője dicséri az előrelépést. Az azonban nem világos, hogy a megállapítások mennyire javítják a jövőbeni akkumulátorokat, mert az új anyagokat még mindig integrálni kell az akkumulátor többi alkatrészével, és be kell bizonyítani, hogy olcsóak, biztonságosak és gyorsan töltődnek. "Nagyon-nagyon kihívást jelentő probléma" - mondja Manthiram. "Ezért az akkumulátortechnika olyan lassan változik."

Robert F. Szolgálat

Bob az oregoni Portland-i Science újságírója, a kémia, az anyagtudomány és az energetika történeteivel foglalkozik.