Dendrit-probléma

A kutatók rájöttek, hogyan lehet legyőzni a “dendritek” néven ismert kihívást egy olyan fém akkumulátor megalkotásához, ami majdnem olyan jól teljesít, mint egy lítium-ion akkumulátor, de helyette a káliumra támaszkodik, ami sokkal nagyobb bőségben rendelkezésre álló, olcsóbb elem.

“Egy kis mennyiségű káliumsó hozzáadásával a lítium-fém akkumulátorok biztonságosabbá válhatnak és még a töltési hatékonyság is emelkedni fog. A lítium-fém akkumulátorok könnyebbek és több energiát tárolhatnak, mint a leggyakrabban használt lítium-ion akkumulátorok, de széleskörű használatukat eddig korlátozták a biztonsági aggályok” - mondta el Lauren Marbella a New York-i Columbia Egyetem kutatója.

“A lítium-ion akkumulátorokkal ellentétben, amelyek tipikusan grafitból készült elektródát tartalmaznak, a lítium-fém akkumulátorokban ez lítiumból készül. A lítium-fém akkumulátorok töltésének sajátosságai miatt ez dendriteknek nevezett, apró lítium-lerakódásokhoz vezethet az elektróda felületén, melyek rövidzárlatot okozhatnak, a rövidzárlat pedig robbanásokhoz vezethet."

"Alapvetően az egész rendszer összeomlik miattuk, ez egy katasztrófa receptje” - mondta Marbella.

Marbella és csapata felfedezték, hogy lítium-fém akkumulátorok esetében kis mennyiségű káliumsó hozzáadása megakadályozza az elektródán lévő veszélyes lerakódások létrejöttét. "Valahányszor kálium került az akkumulátorba, kevesebb ilyen mikrostruktúra keletkezett, és magasabb hatékonyságú akkumulátort kaptunk, bár a csapat még mindig vizsgálja, hogy pontosan miért” - mondta a kutató.

Töltési-hatékonyság növekedés

“A kutatók megállapították, hogy a kálium hozzáadása 84-ről 88 százalékra növelte az akkumulátorok töltési hatékonyságát. A töltési hatékonyság már kis mértékű növelésének is nagy hatású következményei lehetnek, különösen az olyan felhasználási területeken, , mint az elektromos járművek.

"Az elektromos járművekre való áttérésben nagy akadályt jelent a korlátozott hatótávolság. Korlátozott, hogy meddig jut el a jármű, mielőtt újra fel kellene töltenie az akkumulátort."

"A lítium-fém akkumulátorok kifejlesztése segít megszüntetni a korlátozott hatótávolság okozta problémák egy részét, mert tovább kitartanak" - mondta Marbella.

A következő lépés annak vizsgálata lehet, hogy a kálium-só hozzáadása pontosan hogyan akadályozza meg a lítium-elektródán képződő lerakódások kialakulását, hogy ezt a folyamatot tovább optimalizálhassák. 

"Ez a kutatás a következő generációs akkumulátor-vegyszerek felfedezéséhez vezethet, melyek javítani fognak az energiasűrűségen és a biztonságon. Ilyenek lehetnek majd a lítium-kén vagy a lítium-levegő akkumulátorok. Ez kritikus fontosságú a közlekedési és repülési ágazatok villamosításához” - tette hozzá Shahid Rasul az Egyesült Királyságban található Northumbria Egyetemről.

A Kálium használata az akkumulátorokban nem először merül fel, tavasszal a Rensselaer Politechnikai Intézet kutatói is publikáltak már egy erről szóló tanulmányt.

(Forrás: ScienceDirect Kép: Unsplash)

Ez is érdekelhet:

A jövő elektronikus ruházatát saját testünk hője töltheti fel

Üzemanyagcella spenótból, az igazi zöld megoldás

Nukleáris hulladékból több száz évig működő akkumulátor? A kutatók már dolgoznak rajta