Egy olyan korszakban, amikor a hatékony és fenntartható energiatárolás iránti kereslet a csúcson van, a Harvard Egyetem Műszaki és Alkalmazott Tudományok Karának úttörő fejlesztése új mércét állított fel az akkumulátortechnológia területén. A kutatók bemutattak egy új lítium fém akkumulátort, amely legalább 6000 töltési és kisütési ciklust képes ellenállni, és percek alatt teljesen feltölthető. Ez a forradalmi fejlesztés nemcsak az akkumulátorhasználat megváltoztatását ígéri, hanem az olyan iparágakban, mint például az elektromos járművek gyakorlatiasabb alkalmazásai előtt is megnyitja az utat.
Ennek a kutatásnak a lényege a szilárdtest akkumulátorok lítium-fém anódok felhasználásával történő gyártása, amely módszer új betekintést nyújtott a potenciálisan forradalmi akkumulátorok anyagába. A „Nature Materials” című folyóiratban nemrégiben megjelent tanulmány kiemeli a lítium fémanódok megértésében és felhasználásában elért jelentős előrelépéseket. Xin Li, a cikk szerzője megjegyezte: "A lítium fém anód akkumulátorokat az akkumulátorok szent gráljának tekintik. Tízszer akkora kapacitással rendelkeznek, mint a kereskedelmi grafit anódok, ami potenciálisan jelentősen megnöveli az elektromos járművek hatótávolságát. Kutatásunk létfontosságú lépést jelent a gyakorlatiasabb szilárdtest-akkumulátorok felé az ipari és kereskedelmi alkalmazásokban."
Az egyik legnagyobb kihívást ezen akkumulátorok tervezése során az anód felületén dendritek képződése jelentette. Ezek a gyökérszerű struktúrák az elektrolitban nőnek, áthatolnak az anódot és a katódot elválasztó gáton, ami az akkumulátor rövidzárlatához, sőt tűzhöz vezet. 2021-ben Li és csapata egy többrétegű akkumulátor tervezésével oldotta meg ezt a problémát, különböző stabilitású anyagokat keverve az anód és a katód közé. Ez a többrétegű, több anyagból készült kialakítás nem blokkolta teljesen a lítium-dendriteket, de szabályozta és korlátozta behatolásukat.
Legújabb kutatásai során a csapat további lépéseket tett azáltal, hogy mikrométer méretű szilíciumrészecskéket építenek be az anódba. Ez a megközelítés csökkenti a lítiumképzési reakciót, és elősegíti a vastag lítium fém egyenletes galvanizálását, hatékonyan megakadályozva a dendritképződést. Ezen túlmenően a galvanizálási és leválasztási folyamatok lapos felületeken gyorsan megtörténhetnek, így az akkumulátor mindössze 10 perc alatt teljesen feltölthető.
A kísérleti szakaszban egy postai bélyeg méretű tasakelemet hoztak létre, amely 10-20-szor nagyobb, mint az egyetemi laboratóriumokban gyártott legtöbb érmeelem. Figyelemre méltó, hogy ez az akkumulátor még 6000 ciklus után is megőrizte kapacitásának 80%-át, felülmúlva a jelenleg forgalomban lévő tasakelemeket.
Ez a Harvard újítása több, mint egy tudományos eredmény; jelentős előrelépést jelent az akkumulátortechnológiában. A Li és csapata által kifejlesztett lítium-fém akkumulátor megnövelt kapacitásával, biztonságával és hatékonyságával forradalmasíthatja az energiatárolást és -felhasználást, különösen az elektromos járművekben, ami jelentős mérföldkövet jelent a fenntarthatóbb és energiahatékonyabb jövő felé vezető úton.
Feladás időpontja: 2024. január 12
