A barcelonai Anyagtudományi Intézet új technológiája csökkenti az energia-veszteséget és javítja a cink-levegő akkumulátorok teljesítményét, ami új utat nyit a különféle tárolási megoldásokhoz.
Spanyolországban a Barcelonai Anyagtudományi Intézet (ICMAB-CSIC) kutatói új architektúrát dolgoztak ki a cink–levegő akkumulátorokhoz, amellyel akár 80 százalékkal növelhető a teljesítményük anélkül, hogy megváltozna az alapvető kémiai összetételük. A rendszer vezető elemeket épít az akkumulátor belsejébe, amelyek vezeték nélküli bipoláris elektródként működnek, megkönnyítik a töltéstranszportot és csökkentik a belső ellenállást.
HIRDETÉS
HIRDETÉS
Az áttörés új utat nyit a hatékonyabb, nagyobb teljesítményű akkumulátorok tervezéséhez. A kutatás, amely a „Energy Storage Materials” című folyóiratban jelent meg, a Katalán Nanotudományi és Nanotechnológiai Intézettel (ICN2), valamint az argentínai La Plata Nemzeti Egyetemmel együttműködésben készült.
A kutatók szerint ez a munka és a csoport korábbi tanulmányai megkérdőjelezik az akkumulátorok hagyományos tervezését, és új szemléletet kínálnak az energiatárolási rendszerek megalkotására.
Tervezési elv, amely átírja a szabályokat
Az akkumulátorok úgy termelnek elektromos áramot, hogy kihasználják a két elektród anyagai közötti energiakülönbséget. A töltések az elektroliton keresztül vándorolnak egyik elektródról a másikra; az elektrolit olyan anyag, amely lehetővé teszi az ionok mozgását. Eddig az volt az általános feltételezés, hogy ennek az összetevőnek meg kell akadályoznia az elektronok áthaladását, hogy elkerülhető legyen a rövidzárlat kockázata. Az új tanulmány ezt az alapelvet kérdőjelezi meg.
A Nieves Casañ-Pastor, az ICMAB-CSIC kutatója által vezetett csapat bebizonyította, hogy bizonyos körülmények között apró, vezető fém darabok úgy is beépíthetők az akkumulátor belsejébe, hogy nincsenek összekötve sem az elektródokkal, sem a külső áramkörrel, és mindez még javíthatja is a működését.
A kulcs az az elektromos tér, amely a két elektród között jön létre, amikor az akkumulátor működik. A kutatók megállapították, hogy ha a két elektród közé egy vagy több, elszigetelt vezető elemet helyeznek, az nem idéz elő rövidzárlatot, sőt hozzájárulhat a töltések hatékonyabb átviteléhez.
Az elektromos tér polarizálja a vezető darabokat: ellentétes töltések halmozódnak fel a végeiken, és új útvonalakat hoznak létre a töltéstranszport számára. Ez csökkenti a belső ellenállást, és lehetővé teszi, hogy az akkumulátor gyorsabban szolgáltassa az energiát. „Az a meglepő, hogy ezek a vezetők nincsenek vezetékkel semmihez csatlakoztatva: egyszerűen csak beillesztjük őket a rendszerbe, és máris kedvező hatásokat váltanak ki” – magyarázza Casañ-Pastor.
Az oxigén jelentette kihívás az új tervezés kulcsa
A kutatás, amely Marc Mosqueda doktori értekezésének részét képezi, rávilágít a cink–levegő akkumulátorokban rejlő potenciálra. Ezeket bőségesen rendelkezésre álló, olcsó és biztonságos anyagokból gyártják, teljesítményüket azonban az oxigén lassú reakciója korlátozza.
Az új felépítés vezeték nélküli bipoláris elektródokat épít be, amelyek csökkentik a belső ellenállást és felgyorsítják az energiaellátást, így akár 80 százalékkal növelhető a teljesítmény.
Casañ-Pastor szerint a felfedezés olyan utat nyit meg, amely különböző energiatárolási technológiákban is alkalmazható lehet. A csoport már más rendszerekben is megfigyelt hasonló hatásokat, és tovább vizsgálja a vezeték nélküli bipoláris elektródokban rejlő lehetőségeket.