Gyorsan tölthető lítium akkumulátorok

Hogyan működik? 

A lítiumion akkumulátorok elektrokémiai elven működnek. Mobil eszközeinkhez szükséges energiát a lítium ionok vándorlása biztosítja az akkumulátor pozitív pólusa (anód) és negatív sarka (katód) között. Amikor az összes ion átvándorolt egyik pólustól a másikhoz, az akksi lemerül. Ez természetesen csak nagy vonalakban igaz, mert éppen a lítium alapú áramforrások egyik „halála” a túlmerítés és a túltöltés. Ezek elkerülésére mindegyik egy kis védőáramkört tartalmaz. Töltésnél megfordul a folyamat, és a hálózati áram segítéségével az ionokat „visszaküldjük” a katódról az anódra. 

Kapacitási korlát 

Bármilyen akkumulátorról legyen szó, két fő probléma (de legalábbis kettőből az egyik) minden esetben felmerül. Az egyik a kapacitás, a másik a töltési idő kérdése. A kapacitást a lítium ionok sűrűsége korlátozza. Egyszerűbben fogalmazva: hány töltéshordozót tudunk egy adott térfogatba sűríteni. A gyakorlatban ez úgy néz ki, hogy az akkumulátor belsejében vékony grafitrétegek helyezkednek el, ezekhez kapcsolódnak a lítium ionok. A fizikai korlát oka az, hogy 6 szénatomhoz mindössze 1 lítium atom képes kapcsolódni. Kutatók rájöttek, hogy a szenet szilíciummal helyettesítve sokkal jobb eredmény érhető el, 1 szilícium atomhoz ugyanis 4 lítium atom csatlakozhat. Semmi sem tökéletes, a szilicium ugyanis a töltés során kitágul és összehúzódik, ami az akkumulátor kapacitásának csökkenéséhez vezet már rövid távon is. A Northwestern University kutatói ötvözték a korábbi és az új technikát, grafitrétegek közé helyezték a szilikon lapokat. Ezzel maximalizálható a töltéshordozók száma, anélkül, hogy az akkumulátor kapacitása csökkenne. 

Töltési korlát 

A második probléma a töltési idő. Jó lenne, ha egy akkumulátort néhány perc alatt töltött állapotba lehetne hozni. Ehhez a kutatók mikroszkópikus (10-20 nanométeres) lyukakat fúrtak a grafitrétegekbe. Ezzel lerövidítették az anódhoz vezető utat, amivel 1/10-re csökkenthető a töltési idő. A két felfedezés nem csak azért fontos, mert jelenlegi akkumulátoraink tovább üzemelhetnek, hanem mert lehetővé válik egészen kis méretű, de nagy kapacitású áramforrások használata is, ami a gyógyászatban fontos előrelépéseket hozhat.

(forrás: http://www.northwestern.edu/newscenter/stories/2011/11/batteries-energy-kung.html)