Sok jelölt van a jövő akkumulátora címre

A lítiumion-akkumulátorok sok éve piacvezető megoldások, a szakemberek azonban már a megfelelő alternatívákat keresik.

A jövő akkumulátoraival szemben számos elvárás van: legyenek nagy kapacitásúak, mégis percek alatt feltölthetők, hosszú élettartammal és sok feltöltési ciklussal rendelkezzenek, valamint megbízhatók, tartósak és olcsók legyenek. A lítiumion-akkumulátorok kis méretűek és könnyűek, azonban a technológiában rejlő lehetőségek kimerültek. A lítiumion-akkumulátorok kapacitása 1991 óta a háromszorosára, míg a töltési ciklusok száma néhány tucatról több ezerre nőtt. Ezzel párhuzamosan viszont a költségek az egyhuszadukra csökkentek.

A lítiumion-akkumulátorokkal kapcsolatban az az egyik legnagyobb probléma, hogy a katódok jelentős részét lítium-kobalt-oxidból készítik, amely ugyan nagy energiasűrűségű, de a kobalt mérgező és drága, ráadásul egyre drágább lesz. Éppen ezért a nemzetközi akkumulátorkutatás elsődleges célja a lítiumtechnológia utódjának megtalálása, de úgy, hogy közben a lítiumion-akkumulátorok előnyeiről ne mondjanak le. A kobalt főleg Kongói Demokratikus Köztársaságban és Zambiában található, az elmúlt 20 évben az ötszörösére nőtt a kereslet. Amennyiben ez így folytatódik, akkor a kobalt néhány évtizeden belül komoly és gyakorlatilag megfizethetetlen hiánycikké válhat. Nem véletlen, hogy a kutatók egy ideje megpróbálják a lítium-katódokba szükséges kobaltmennyiséget csökkenteni vagy kiváltani például nikkel vagy mangán segítségével.


Az újrahasznosításban hatalmas kihasználatlan lehetőségek vannak
Philipp Adelhelm, a Jénai Egyetem vegyésze a lítiumion-akkumulátorok optimalizálásán, illetve alternatív megoldásokon dolgozik, emellett szóba kerülhet a használt lítiumion-akkumulátorok újrahasznosítása. Az alternatívák között felmerülhet a nátrium, a magnézium, az alumínium és a kalcium. A legelőrehaladottabb a nátriumion-akkumulátorok fejlesztése. Ez arra vezethető vissza, hogy a lítium egyszerűen kiváltható a nátriummal, ezért csupán kevés dolgon kell változtatni. Az első nátriumion-akkumulátorok hamarosan elkészülhetnek és sorozatgyártásra készek lehetnek.

A nátriumion-akkumulátorok előnye, hogy stabilak és nagy hatásfokúak, továbbá a nátrium nyersanyagként nagyon tartós. Viszont a nátriumionok soha nem fogják elérni a lítium energiasűrűségét, mert nagyobbak és nehezebbek azoknál. Ezért az elektromos gépkocsikhoz a nátrium nem ideális, de a rögzített energiatárolókhoz annál inkább - különösen közép vagy hosszú távon. Szintén érdekes alternatíva lehet a magnézium, amely bizonyos esetekben a nátrium helyét is átveheti, ugyanis - elméletileg - nagyobb energiasűrűség érhető el vele, mint a lítiummal. A magnézium előnye, hogy komoly mennyiség van belőle, viszont még növelni kellene az energiahatékonyságát.

A kobalt pótlására a legjobb alternatívát az olyan anyagok jelentik, mint a réz- és a vasfluorid, valamint a szilícium. Az ezeken alapuló katódokban - kémiai módon - akár hatszor több lítiumion is tárolható, mint a szabványos katódokban. Ez jól hangzik, azonban a technológia jelenleg csak laboratóriumi körülmények között működik. Problémát jelent az is, hogy az ilyen kísérleti akkumulátorok feltöltése akár 20 órát is igénybe vehet.

A Helmholtz Központ munkatársai egyébként egy új módszert találtak a nátriumion-akkumulátorok teljesítményének a növelésére. Olyan anyagokat használtak fel, amelyek a pókvérben és biohulladékokban találhatók. Mindez egyáltalán nem vicc, ugyanis az organikus nyersanyagokból származó elektródák számos előnyt kínálnak, többek között rugalmas dizájnt és jó elméleti energiasűrűséget, emellett biztonságosak, tartósak és alacsony költség jellemzi azokat. Az organikus elektródák beépíthetők a lítiumion-akkumulátorokba és csökkenthetik a kobalt arányát, valamint akár a kobaltmentes nátriumion-akkumulátorokban is felhasználhatók.


Számít az oxidációs erő, az ionsugár, az elérhetőség, no meg persze az ár
A tudósok azt remélik, hogy ezek a megoldások drasztikus mértékben csökkenthetik a jövő akkumulátorainak feltöltési idejét, növelhetik azok kapacitását és több ezer feltöltés után is stabilak maradhatnak. Az organikus elektródák esetében az egyik lehetséges jelölt a porfirin, amely a természetben a klorofillban, a vérben és a B12 vitaminban található meg. Rézporfirinként megtalálható a rákok és a pókok kék vérében. Kutatók a biológiai rézporfirint kémiailag módosították, majd egy trükk segítségével stabilizálták. Így hasonló tárolókapacitást lehet elérni, mint a lítium és a nátrium esetében, s az akkumulátort több ezer feltöltési ciklus jellemezheti. A teljesítmény kivételes és az egyes cellákat egyetlen perc alatt fel lehet tölteni. Az egyetlen hátrány, hogy nagyobb cellákra van szükség.

Mint látható, ötletekből nincs hiány és a szakemberek számos alternatíva közül választhatnak, csupán kellően bátrak kell legyenek új anyagokat kipróbálni és tesztelni.