A vízbázisú akkumulátorok 1000-szer tovább bírhatják

Hatalmas, tényleg nagy hatású felfedezést tettek amerikai kutatók, akik szerint nem csak sokszoros kapacitást, hanem nagyobb biztonságot is jelenthetnek a fémmentes, vízbázisú akkumulátorok.

Dr. Jodie Lutkenhaus vegyészmérnök-professzor és dr. Daniel Tabor kémia adjunktus a Nature Materials című szaklapban publikálta a lítiummentes akkumulátorokkal kapcsolatos eredményeket. A Texas A&M Mérnöki Kísérleti Állomás tudósai szerint az új elemek nagyban különböznek a napjainkban előszeretettel használt, kobaltot is tartalmazó lítium-ion akkumulátoroktól, és azon túl is jelentős előnyeik vannak, hogy zárójelbe teszik a hagyományos nyersanyagok egyre fokozódó hiányát.

„A jövőben, ha előre vetítjük a várható nyersanyaghiányt, a lítium-ion akkumulátorok ára jócskán meg fog emelkedni” – jósolta Lutkenhaus, mintegy meg is indokolva, hogy miért van szükség az általuk felvázolt alternatív akkumulátorra. Az eszköz kémiája hatékonyabban kihasználható és az ellátása is sokkal stabilabb lehet, hiszen a hazai gyártásához minden adott az Egyesült Államokon belül.

A tudós szerint a vizes akkumulátoraik csak katódból, elektrolitból és anódból állnak.

A katódok és az anódok olyan polimerek, amelyek képesek energiát tárolni, az elektrolit pedig szerves sókkal kevert víz. Az elektrolit az elektróddal való kölcsönhatása révén kulcsfontosságú az ionvezetés és az energiatárolás szempontjából.

„Ha egy elektróda túlságosan megduzzad a ciklikusság során, akkor nem tudja jól vezetni az elektronokat, és elveszítjük a teljesítményt – magyarázta. – Úgy vélem, hogy a duzzadási hatások miatt - az elektrolit megválasztásának függvényében 1000 százalékos különbség van az energiatárolási kapacitásban.”

Tabor és Lutkenhaus tanulmánya szerint a redox-aktív, nem konjugált radikális polimerek (elektródák) ígéretes jelöltek a fémmentes vizes akkumulátorok számára, mivel a polimerek magas kisülési feszültséggel és gyors redox-kinetikával rendelkeznek. A reakció összetett és nehezen feloldható, mivel egyszerre történik elektronok, ionok és vízmolekulák átadása.

A tudósok kutatócsoportja a kísérleti erőfeszítéseket számítógépes szimulációval és elemzéssel egészítette ki. Ezek a szimulációk betekintést nyújtottak a szerkezet és a dinamika molekuláris szintű képébe.

„Az elmélet és a kísérlet gyakran szorosan együttműködik az ilyen anyagok megértésében. Az egyik új dolog, amit ebben a tanulmányban számításokkal mutatunk be, az az, hogy ténylegesen feltöltjük az elektródot többféle töltési állapotba, és megnézzük, hogyan a környezete hogyan reagál erre a töltésre” – mondta Tabor.

Hozzátette: ez a most felvázolt technológia nagy előrelépést jelent a lítiummentes akkumulátorok felé, mivel jobb molekuláris szintű képet ad arról, hogy mitől működnek egyes akkumulátorelektródák jobban, mint mások, és erős bizonyítékot ad arra, hogy merre kell haladni az anyagtervezésben. A projektet az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériuma és a Nemzeti Tudományos Alapítvány finanszírozza, a Texas A&M Mérnöki Kísérleti Állomáson keresztül.

Gábor János

Főoldali kép: Texas A&M Engineering