Sószemcse méretű lesz a világ legkisebb akkuja

2010.10.21. 11:52

Az akkumulátorgyártás határait feszegeti az a kutatócsoport, amely a valaha volt legkisebb méretű akku elkészítésén dolgozik. A szerkezet mindössze akkora lenne, mint egy sószemcse. A méret mellett a tartósság is fontos: mint kiderült, egy akku végleges lemerülésének első tünetei nanoméretekben jelentkeznek.

A lítiumion-akkumulátorok mára megszokott alkatrészeivé váltak a szórakoztatóelektronikai és távközlései eszközöknek, a médialejátszóktól kezdve a laptopokon át a mobiltelefonokig. Ilyen típusú akkukat használnak a jelenleg kapható tisztán elektromos vagy hibridhajtású autókban is - a hátrány az, hogy a megfelelő teljesítményű és kellőképpen tartós akkumulátoroknak több száz kiló a súlya.


Szuperkicsi eszközökhöz szuperkicsi akkumulátorok

Egy amerikai kutatócsoport a lehető legkisebb méretű lítiumion-akku létrehozásán dolgozik az USA Fejlett Védelmi Kutatási Projektek Ügynöksége - DARPA, amely az internet-protokoll születésénél is bábáskodott - támogatásával. A miniatűr akkukat a jövőben mikro- vagy nanoméretű alkatrészek vagy eszközök áramellátására használnák.

A cél: az akkumulátor termeljen ugyannyi áramot, mint a jelenleg megszokott típusok, csak méretei legyenek sokkal kisebbek. Ennek érdekében nanoméretű drótokat vonnak be a kutatók elektrolittal (a nanométer a méter egymilliárdod része), mégpedig úgy, hogy egy-egy réteg elektrolit csak egyetlen atomnyi vastagságú.

A kutatás vezetője, Jane Chang (UCLA) szilárd elektrolitot, lítium-aluminoszilikátot (LiAlSiO4) használt a miniatűr akku legyártásához vezető első kísérletekben. A nanoméretű drótokra azért van szükség, mert viszonylag nagy a felületük a tömegükhöz képest.

A kutatás még a kísérleti szakaszban van. Noha a szuperkicsi elektródok is elkészültek, de az alkatrészeket még össze kell építeni ahhoz, hogy működőképes legyen a sószemcse méretű akkumulátor.


Elvész a lítiumion az akkuban

Az akkuk mérete mellett az is fontos szempont, hogy hány újratöltés-kisütés ciklus után merülnek le véglegesen a telepek. Ohio állam egyetemén (Ohio State University, OSU) pontosan ezt, a lítiumion-akkumulátorok élettartamát vizsgálták meg. A kísérletek első körben azt mutatták meg, hogy az akku végleges lemerülése nanoméretű elváltozások formájában kezdődik - fedezte fel az OSU autóipari foglalkozó kutatólaboratóriuma az USA kereskedelmi minisztériumának fizikai laboratóriumával, a NIST-tel együttműködésben.

Az OSU kutatói, Bharat Bhushan, Suresh Babu és Lei Raymond Cao előbb szétbontott egy már végképp lemerült akkut. Az öregedésnek leginkább kitett részeket előbb infravörös képalkotó eljárással azonosították a másfél méter hosszú, oxidálódott elektródon. A problémás felületeket ezután pásztázó elektron-, atomerő- és atomerőellenállás-mikroszkóppal vizsgálták. Az eredmény: a negatív elektród felülete nanométerekben mérve egyenetlenebbé vált.

Az akkumulátorban a lítiumionok tárolják az elektromos töltést. Amikor feltöltjük a telepet, a lítiumionok a negatív elektródához, a katódhoz, amikor pedig használjuk, akkor a pozitív elektródához, az anódhoz vándorolnak. Mint kiderült, a lehalt akkuban a lítium egy része véglegesen reakcióba lépett az anód anyagával, így nem vett többé részt a folyamatban.

A kutatók sejtése szerint a katód felületének durvábbá válása áll a jelenség mögött, ám ezt bizonyítani még nem tudják. Amennyiben az elmélet beigazolódik, a felfedezés nyomán a gyártók tartósabb, nagyobb élettartamú akkumulátorokat készíthetnek.

KAPCSOLÓDÓ CIKK