10 másodperc alatt feltölthető akkumulátor

Az elektronikai ipar egyik rákfenéje a mobil eszközök energiaellátását biztosító eszközök gyors feltöltésének hiánya. Hiába faragják a lehető legkisebbre a telefonok, PDA-k, és számos laptop fogyasztását, a bennük levő akkumulátorokat még mindig nagy kapacitásúra kell tervezni, ezek energiával való ellátása azonban sok időt emészt fel. Az csak bosszantó, hogy ma is ritkaság a teljes munkanapot töltés nélkül kibíró noteszgép, vagy az olyan mobiltelefon, amelyikkel néhány óránál huzamosabb ideig lehetne beszélgetést folytatni. A megfelelő technika hiánya azonban egy teljes iparág kibontakozását akadályozza: az elektromos autók elterjedéséhez alapvető fontosságú, hogy a bennük levő akkuk gyorsan feltölthetők legyenek.

Nos, az amerikai MIT (Massachusetts Institute of Technology) mérnökei nemrég beszámoltak fejlesztésükről, ami ugyanúgy a lítiumos akkumulátort használja fel, ám speciális kialakításának köszönhetően egy mobiltelefon feltöltése a korábbi órák helyett másodpercekre rövidül. A nagy energiasűrűségű lítium-ion energiaforrások így sokkal kényelmesebben használhatóbbá válnak, sőt, lehetővé teszik az előbb már említett elektromos autók szélesebb körben való elterjedését. „Napjaink modelljei sok energiát tárolnak, így 55 mérföld per órás sebességgel sokáig tudnak közlekedni, ugyanakkor nem képesek gyors sebességnövekedésre.” – mondta Gerbrand Ceder, a kutatáson dolgozók egyik kulcsfontosságú mérnöke.

Gerbrand Ceder

Iont az alagútba!
Az MIT-s tudósok eredményét paradigmaváltással sikerült elérni. Sokáig úgy gondolta a tudományos közösség, hogy a lítium-ionok és az elektronok tehetők felelőssé a hosszúra nyúló töltési időért. A teória szerint emiatt zajlott olyan lassan a töltéstovábbítás az akkumulátorok anyagában. Öt évvel ezelőtt azonban meglepő felfedezésre bukkant Ceder és kollégái. Számítógépes becsléseik azt mutatták, hogy ha megfelelő összetételben alkalmaznak lítium-vas-foszfátot (LiFePo4), akkor az így létrejött közegben extra tempóval áramlanak át az ionok az anyagon.

További vizsgálatok során kiderült, hogy ez az anyag speciális kialakításának köszönhetően történhet meg: a felszínről az anyagba vezető alagutakon keresztül gyorsan bejutnak az ionok. Ha egy, a felszínen levő lítium-ion közvetlenül egy alagút bejárata elé kerül, semmi probléma; a korábban kalkulált sebességgel száguld be az anyagba. Ellenkező esetben azonban nem lép működésbe az effektus.

Kézenfekvő volt a megoldás: ezt a hiányosságot kell megszüntetni. Míg azonban az elmélet világosan kijelölte az utat, a gyakorlatban évekig tartott annak megvalósítása. Nemrég viszont sikerült eljutni oda, hogy a problémát egy új felszíni struktúra kialakításával ki tudták iktatni. Ez lehetővé teszi a lítium ionoknak, hogy nagy sebességgel keringjenek az anyag körül, ahhoz hasonlóan, mint ahogy az autók mennek körbe egy nagyváros körgyűrűjén (ne a budapesti, „félkörgyűrűre” gondoljunk). Ha az ion ezen a gyűrűn utazva elér egy alagutat, azonnal megkezdi útját az anyag belseje felé, vagyis működésbe lép az effektus.

Robbanásszerű fejlődés vár ránk
Habár kész termék még nincsen belőle – és Ceder szerint kereskedelmi forgalomban való megjelenésére csak a következő 2-3 évben kerülhet sor -, a szimulációk azt mutatják, hogy több előnyös hatása is van az alagút effektus kihasználásának és az átdolgozott anyagfelületi struktúrának. A mérnök elmondása értelmében egy kicsi, mobiltelefonokban használható akkumulátor 10-20 másodperc alatt elérheti maximális töltöttségi szintjét. Másrészt az új anyag töltéstároló képessége az ismétlődő újratöltések és kisütések következtében sem romlik, ami pedig kisebb és könnyebb akkumulátorok létrehozását teszi lehetővé. Így nemcsak gyorsabban tölthetővé válnak az elektromos autók, de az össztömegük jelentős részét alkotó akkumulátorok súlya is szignifikánsan csökkenthető.