Az elektromos járművek terjedésével egyre nő az igény a nagyobb teljesítményű és hatékonyabb akkumulátorok iránt, hiszen a fogyasztók hosszabb hatótávú és gyorsabban tölthető autókat keresnek.
A hagyományos lítium-ion akkumulátorok tárolóképessége korlátozott, különösen az energiasűrűség és a biztonság terén szenved hiányosságoktól a technológia.
A folyékony elektrolitjuk miatt ezek az akkumulátorok könnyen szivároghatnak és meggyulladhatnak. Ezzel szemben a szilárdtest-akkumulátorok merev elektrolittal működnek, amelynek köszönhetően nagyobb energiasűrűséget, jobb hőállóságot biztosítanak és alacsonyabb a tűzveszély kockázata.
Az imec és partnerei által kifejlesztett prototípus lítium-fém szilárdtest-akkumulátora 1070 wattóra/liter (Wh/L) energiasűrűséget ér el, jelentősen felülmúlva a jelenlegi lítium-ion technológiát, amely maximum 800 Wh/L-t képes biztosítani.
Az új akkumulátor alapját a „folyékony-szilárd” elektrolit képezi, amelyet egy polimerizált ionos folyadék (PIL) nanokompozit alkot, és amely szobahőmérsékleten megszilárdul, így egyszerűbbé válik az előállítás. Az akkumulátor egy vékony lítiumfém anódot és egy 50 μm-es szilárd elektrolit elválasztót alkalmaz, kompakt és hatékony cellaszerkezetet alkotva – írja a technológiáról az EVmarketsreports.
A fejlesztés egyik legizgalmasabb része a költséghatékony gyártási folyamat.
Az új akkumulátor gyártása összeegyeztethető a meglévő lítium-ion akkumulátor gyárakkal, így a cégeknek nem kell teljesen új létesítményekbe beruházniuk. A termelési költségek várhatóan 150 euró/kilowattóra (kWh) alatt maradnak, ami megfizethetővé teheti a szilárdtest-akkumulátorokat az elektromos járművek számára.
Ez fontos fejlemény, mivel az akkumulátorcsomag ára még mindig az EV-k árát leginkább felhajót tényezők közé tartozik.
A szilárdtest-akkumulátorok fokozott biztonságot is kínálnak, mivel a stabilabb elektrolit használata csökkenti a tűz kockázatát. Az imec akkumulátorának kifejlesztéséhez kobalt-szegény NMC katódokat használtak, ami nemcsak a környezetterhelést csökkenti, hanem megoldást kínál a kobaltbányászat körüli etikai és környezeti aggályokra is.
A rendkívüli teljesítmény elérése érdekében a fejlesztő Imecnek számos technikai kihívást kellett megoldani. Az egyik legnehezebben megoldható probléma a szilárd elektrolit megfelelő szilárdságának biztosítása volt, amit fejlett bevonatok és finomhangolt anyaghasználat révén sikerült megoldani.
Ezek a fejlesztések nemcsak az akkumulátor tartósságát növelték, hanem a töltési időt három órára csökkentették, valamint a cellák élettartamát is növelték, lehetővé téve 100 ciklus teljesítését.
Az új lítium-fém szilárdtest-akkumulátor kifejlesztése az első lépés a technológia szélesebb körű elterjedése felé. Az Imec és partnerei most az ipari gyártás felfuttatásán dolgoznak, és további fejlesztéseket terveznek, például az energiasűrűség és a teljesítménysűrűség növelését. Az áttörést jelentő technológiát olyan vezető kutatóintézetek és iparági szereplők együttműködése tette lehetővé, mint a német Fraunhofer Intézet, a holland Delfti Műszaki Egyetem, a Fiat kutatóközpontja (Olaszország) és a VDL Groep (Hollandia).
A címlapkép illusztráció. Címlapkép forrása: Portfolio
