Pár éven belül jöhetnek a nanoszerkezetű akkuk

Az emberi hajszálnál 80 ezerszer vékonyabb, nanopórusos akkumulátorok jelenthetik az energiatárolás jövőjének legújabb útját. A Marylandi Egyetem kutatói által fejlesztett akku egy bélyegméretű, ultravékony kerámialapból áll, amelyen egymilliárd apró, hálózatba kötött lyukban történik az elektromos energia őrzése. A rendszer 12 perc alatt feltölthető, és ezer töltési ciklust bír a hatásfok jelentősebb romlása nélkül.

A fejlesztők elmondása szerint a gyors töltés annak köszönhető, hogy a töltésnek nagyon rövid távolságokat kell megtennie a rendszerben, vagyis az aprócska méret komoly működési előnyökkel is jár.

A nanotechnológia rengeteget fejlődött az elmúlt másfél évtizedben, és napjainkban már számos olyan fejlesztés valósággá válhat, amely néhány évvel ezelőtt elképzelhetetlen lett volna. Az energiatárolás területén még csak mostanában kezdenek ilyen jellegű rendszerekkel kísérletezni, és az eredmények több mint biztatóak, mondják a kutatók.

Az utóbbi időszakban az is világossá vált, hogy óriási szükség van olcsó és a korábbinál jobban teljesítő akkumulátorokra, mivel ezek hiányában az olyan új technológiák, mint az elektromos járművek vagy a megújuló energiákat kiaknázó rendszerek nem fognak tudni széles körben elterjedni. Sokan próbálkoznak tehát új és szokatlan megoldásokkal, igazi áttörés azonban gyakorlatilag a lítiumion-akkumulátorok hetvenes években történt kifejlesztése óta nem történt a területen.

Sokak szerint a megoldást az akku alapvető összetevőinek, az anódnak, a katódnak és az elektrolitnak a miniatürizálása jelentheti, mivel ennek révén molekuláris szinten válhatnak optimalizálhatóvá a kémiai folyamatok. A tavalyi évben a Dél-Kaliforniai Egyetem szakértői létrehoztak egy újfajta lítiumion-akkut, amely a hagyományos grafit-anód helyett lyukacsos szilícium-nanorészecskéket tartalmaz. A fejlesztők elmondása szerint a rendszer háromszor annyi energia tárolására alkalmas, mint a grafit-anódos verzió, és mindössze tíz perc alatt feltölthető.

A nanostruktúrákat használó technológiákkal ugyanakkor továbbra is van egy jelentős probléma: a felhasznált anyagok többnyire túlságosan drágák ahhoz, hogy a tömeggyártás szóba kerülhessen. A helyzetet nehezíti, hogy az alacsony olaj- és gázárak mellett csökkent az érdeklődés a megújuló energiák iránt, és ezzel a fejlesztésre fordítható támogatás is mérséklődött, mondja James Tour, a Rice Egyetem anyagkutatója, aki grafénlapokon növesztetett szén nanocsövekkel próbálja forradalmasítani az akkuipart. Tour eredményeiből kiindulva jelenleg két cég, a texasi Xidex és az izraeli Graphite Corporation próbál mobiltelefonokban használható, pár perc alatt feltölthető akkukat gyártani. A szakértő elmondása szerint, ha minden jól megy, három éven belül piacra kerülhetnek az első verziók.

A Stanford kutatócsoportja egy tisztán lítiumos akkumulátoron dolgozik, amelyben az elektroliton túl az anód is lítiumból áll. A fejlesztőknek sikerült megoldaniuk a lítium-anódok egyik nagy problémáját, hogy tudniillik az anyag töltődés közben jelentős táguláson megy át, ami erősen rontja a rendszer tartósságát. A kutatók egy különleges nanoszerkezet alkalmazásával és némi hajlékony, nyújtható réteg révén hidalták át a problémát. Fejlesztésük révén, amely 3−5 éven belül kerülhet piacra, az okostelefonok egy töltéssel a mainál háromszor hosszabb ideig működhetnek, az elektromos gépjárművek pedig közel 500 kilométert is megtehetnek.

George Crabtree, az Argonne Nemzeti Laboratórium energiatárolási részlegének igazgatója szerint, míg a lítiumion-akkumulátor piacra kerüléséhez 20 évre volt szükség, a nanotechnológiával készült rendszereknél erre 5−10 év is elég lehet, mivel minden lehetőség adott a fejlesztés felgyorsulásához, és az igény is óriási a kész termékekre.

ipon.hu