Miért küszködünk még mindig az akkumulátorokkal?
Fontos, hogy az akkumulátorok életünk szinte minden területén jelen vannak, legyen szó mobiltelefonról vagy elektromos autóról. Napjaink lítiumion-akkumulátorai folyékony elektrolittal működnek, ami egyrészt drága, másrészt veszélyes: tűz- vagy akár robbanásveszély is fennáll. A szilárdtest-akkumulátorok viszont biztonságosabbak – de eddig nehezen lehetett úgy növelni a teljesítményüket, hogy közben az áruk ne szökjenek az egekbe. Most azonban kiderült, hogy nem feltétlenül az új, drága alapanyagok jelentik a kulcsot, hanem maga a szerkezeti kialakítás.
Kristálykémiai trükk az ionmozgás gyorsítására
Ilyen eset például, amikor a kutatócsoport rájött, hogy úgy is felgyorsítható a lítiumionok haladása a szilárd elektrolitban, ha olcsó anyagok – mint például az oxigén vagy a kén – kerülnek be a szerkezetbe. Ezek az úgynevezett divalens anionok alapvetően átrendezik a kristályszerkezetet, új útvonalakat nyitnak a lítiumionok számára, miközben csökkentik a mozgáshoz szükséges energiát. Ezt a megközelítést olcsó cirkóniumalapú halidekben alkalmazták, a módszert Framework Regulation Mechanism néven emlegetik.
Mérési eredmények és bizonyítékok
A szerkezeti módosításokat a legmodernebb eszközökkel vizsgálták, mint például a szinkrotronos röntgendiffrakció vagy a sűrűségfunkcionál-elméleti modellezés. A mérési adatok szerint a hozzáadott oxigén vagy kén akár négyszeresére növelte a lítiumionok mozgékonyságát a hagyományos cirkóniumalapú elektrolitokhoz képest. Szobahőmérsékleten az oxigénnel dúsított változat 1,78 mS/cm, a kénes 1,01 mS/cm vezetőképességet ért el – mindkettő bőségesen elegendő akár mindennapi eszközökhöz is.
Út az olcsóbb, biztonságosabb akkumulátorokhoz
Fontos, hogy a kutatás új irányt mutat az akkumulátortervezésben: nemcsak a drága alapanyagok keresése, hanem az anyagszerkezet okos átalakítása jelentheti a jövőt az ipari alkalmazásokban. Az eredményekhez számos dél-koreai egyetem és intézet – köztük a KAIST és a Samsung Electronics Future Technology Promotion Center is – hozzájárult, a felfedezést pedig a rangos Nature Communications közölte. Az olcsóbb, gyorsabb és főleg biztonságosabb szilárdtest-akkumulátor tehát már nemcsak a távoli jövő ígérete, hanem kézzel fogható realitás.
