Az USA Energiaügyi Minisztérium Oak Ridge Nemzeti Laboratóriumának és a Knoxville-i Tennessee Egyetem kutatói felfedeztek egy kulcsfontosságú anyagot, amely a gyorsan töltődő lítium-ion akkumulátorokhoz szükséges. A kereskedelmi szempontból releváns megközelítés potenciális utat nyit az elektromos járművek töltési sebességének javításához.
Az Advanced Energy Materials című szaklapban közzétett cikk szerint a kutatócsoport felfedezett egy új molibdén-volfram-niobát (MWNO) vegyületet, amely gyors újratölthetőséggel és magas hatásfokkal rendelkezik, és potenciálisan helyettesítheti a grafitot a kereskedelmi akkumulátorokban.
Évtizedek óta a grafit a legjobb anyag a LIB-anódok előállításához. De a grafitanódok egyik gyenge pontja, hogy az elektrolit a töltési folyamat során lebomlik, és az anód felületén lerakódást képez. Ez a lerakódás lelassítja a lítiumionok mozgását, és korlátozhatja az akkumulátor stabilitását és teljesítményét.
A lassú lítiumion-mozgás miatt a grafitanódok az extrém gyors töltés útjában állnak. Olyan új, olcsó anyagokat keresünk, amelyek felülmúlják a grafitot
– mondta Runming Tao, az ORNL posztdoktori kutatója és vezető szerzője. A DOE az elektromos járművek extrém gyorstöltési célját 15 percben vagy annál rövidebb idő alatt határozta meg, hogy felvegye a versenyt a gázüzemű járművek tankolási idejével, és ezt a mérföldkövet a grafit nem érte el.
A mi megközelítésünk a nem grafit anyagokra összpontosít, de ezeknek is vannak korlátai. A legígéretesebb anyagok némelyikének – a nióbium-alapú oxidoknak – bonyolult szintézismódszerei vannak, amelyek nem alkalmasak az ipar számára – mondta Tao.
Kapcsolódó bejegyzések
Az energiatárolás forradalmát hozhatják a következő évek
Az energiatárolási kapacitás forradalmian növekszik. Bár még jellemző a szivattyús módszer, már a lítiumionos akkumulátorok is helyet követelnek. Ugyanakkor más technikák is egyre inkább törnek előre.
A niobium-oxidok, például az MWNO hagyományos szintézise egy energiaigényes, nyílt lángon végzett folyamat, amely mérgező hulladékot is termel. Egy praktikus alternatíva az MWNO anyagokat a fejlett akkumulátorok komoly jelöltjévé teheti. A kutatók a biztonságosságáról és egyszerűségéről ismert, jól bevált szol-gél eljáráshoz fordultak. A hagyományos, magas hőmérsékletű szintézissel ellentétben a szol-gél eljárás egy alacsony hőmérsékletű kémiai módszer folyékony oldat szilárd, azaz gél állagú anyaggá alakítására, és általában üvegek és kerámiák előállítására használják.
A csapat ionos folyadék és fémsók keverékét alakította át porózus géllé, amelyet hővel kezeltek, hogy javítsák az anyag végső tulajdonságait. Az alacsony energiájú stratégia azt is lehetővé teszi, hogy az MWNO sablonjaként használt ionos folyadék oldószert visszanyerjék és újrahasznosítsák.
Ez az anyag magasabb feszültségen működik, mint a grafit, és nem hajlamos az úgynevezett passziváló szilárd elektrolitréteg kialakulására, amely lassítja a lítium-ion mozgását töltés közben. Kivételes kapacitása és gyors töltési sebessége, valamint a skálázható szintézismódszer vonzóvá teszi a jövőbeli akkumulátorok anyagai számára – mondta Tao.
Az anyag sikerének kulcsa a nanopórusos szerkezet, amely fokozott elektromos vezetőképességet biztosít. Az eredmény kisebb ellenállást biztosít a lítiumionok és elektronok mozgásának, ami lehetővé teszi a gyors feltöltést.
A tanulmány egy versenyképes MWNO anyag skálázható* szintézismódszerét valósítja meg, valamint alapvető betekintést nyújt a különböző energiatároló eszközökhöz használt elektródaanyagok jövőbeli tervezéséhez – mondta Dai.
(forrás: techxplore.com)
*Skálázhatóság: Nagyméretű, összetett rendszerek esetén gyakori követelmény a skálázhatóság. Egy rendszert akkor mondunk skálázhatónak, ha nagyobb terhelés alatt képes a teljesítményét növelni további erőforrások hozzáadásával.
(forrás: ithub.hu)