A közelmúltban adtunk hírt arról, hogy egy japán kutató olcsó és széles körben elérhető anyagot talált az akkumulátorokban használt lítium-titán-oxid kiváltására. Most ugyancsak japán kutatók találták meg egy másik fontos alapanyag, a kobalt hatékony helyettesítőjét.

A Tokiói Egyetem kutatói olyan kobaltmentes lítium-ion akkumulátort építettek, amely körülbelül 60 százalékkal több energiát képes tárolni, mint az azonos méretű alternatívái. A kobalt kiváltása több okból lenne fontos: drága (nem ritkaföldfém, de nem dúskálunk benne), rendkívül szennyező, és kitermelése körül nagyon sok a visszásság (a legnagyobb kitermelője a Kongói Demokratikus Köztársaság). Ezért például az akkumulátor-újrahasznosítási projektek egyik fontos célkitűzése, hogy minél többet nyerjenek vissza belőle. (Az újrahasznosításban a japán vállalatok mellett a németek is jeleskednek.)

Már voltak korábban is próbálkozások a kobalt helyettesítésére: például a lítium-vasfoszfát kombót (LiFePO4 nyomán LFP akku) ma is használják. Bár az LFP akkuk gyártása kb. 30 százalékkal olcsóbb, mint a lítium-ionosaké, jók az élettartam-tulajdonságuk és biztonságosak is, kisebb az energiasűrűségük, ezért például kevésbé alkalmasak elektromos autókba.

Lítium, nikkel, mangán, szilícium, oxigén

A Tokiói Egyetem csapata ennél keresett hatékonyabb alternatívát. Ígéretes prototípusukban lítiumot, nikkelt, mangánt, szilíciumot és oxigént használtak. Ezek az anyagok nem voltak teljesen ismeretlenek az akkufejlesztők előtt. Több kísérlet is bizonyította, hogy lehet belőlük hatékony akkut építeni. Az energiatárolási képességet azonban csak rövid ideig tudták fenntartani.

A kutatók most találtak egy olyan elektrolitot, ami erre is megoldást ad: a prototípusok (ezek egyelőre kicsi, nagyjából pénzérme méretű akkuk) 1000 kisütési ciklus után is megőrizték tárolókapacitásuk 80 százalékát. A tesztpéldányok energiasűrűsége az LFP akkumulátorokénál 60 százalékkal nagyobb, de a kutatók szerint a technológiában benne van a lehetőség, hogy a kobaltos lítium-ion akkumulátoroknál is jobb legyen ennyivel. A prototípus 4,4 V feszültséget tud leadni a líítium-ionos 3,2-3,7 voltjával szemben.

A kutatócsapat most azt tervezi, hogy hosszabb távú megfigyelésnek veti alá a kísérleti akkut, hogy kiderüljön, idővel hogyan veszít tárolóképességeiből, és hogyan viselkednek a felhasznált anyagok. Már keresik a lehetséges ipari partnereket. A sorozatgyártás majdani beindítása szerintük nem kritikus, mert a meglévő gyártóberendezéseket könnyű lesz átállítani az új technológiára.

Bár az akkufejlesztés közel sem olyan szexi terület, mint mondjuk a generatív mesterséges intelligencia, nem kevésbé fontos a globális ipar szempontjából. Nem csupán az elképesztő tempóban fejlődő elektromobilitás, hanem a hordozható és viselhető eszközök terjedése is gerjeszti az akkumulátorok iránti igényt. A kutatóknak azonban a fejlesztésnél egyre több szempontot kell figyelembe venniük: az akkumulátor mindenekelőtt legyen olcsón előállítható, megbízható, biztonságos, gyorsan tölthető, legyen nagy az energiasűrűsége, ne szennyezze a környezetet és könnyű legyen újrahasznosítani. A fenti példa is mutatja: ezen a területen egyelőre csak apró lépésekkel haladnak a kutatók, és még mindig messze a nagy áttörés.

(Nyitófotó: kobaltminta. Forrás: Wikipedia)