A kutatók szándékosan bontották meg az anyagok atomrácsát, hogy olyan akkumulátortechnológiát hozzanak létre, amely gyorsabban tölt, tovább bírja, és fenntarthatóbb. Azt állítják, hogy a szerkezeti rendezetlenség új lehetőségeket nyit az energiatárolásban.
A berlini Humboldt Egyetem Kémiai Intézetének kutatócsoportja – Dr. Nicola Pinna és Dr. Patrícia Russo vezetésével – célzottan zavarta meg az akkumulátorok atomrácsát. A kísérletek eredményeként nagy teljesítményű anódokat sikerült létrehozni a lítium- és nátriumion-akkumulátorokhoz.
Az eszközök a módosítást követően – amellyel lényegében előidéztek egyfajta tökéletlenséget – kivételesen gyors töltést és stabilitást mutattak.
A hagyományos akkumulátoranyagok esetében a gyártók erősen rendezett kristályszerkezeteket alkalmaznak, hogy kiszámítható utat biztosítsanak az ionok áramlásához. Ez a tökéletesség azonban gyakran szerkezeti merevséggel, korlátozott ionmozgással és gyenge teljesítménnyel jár – legalábbis nagy töltési sebesség mellett.
A Nature Communications és az Advanced Materials folyóiratokban megjelent tanulmányban ehhez képest új irányt vázoltak fel. A német tudósok rámutattak, hogy a célzott rendezetlenség fokozza az ionvezetőképességet, javítja a ciklusállóságot, és új tárolási mechanizmusokat tesz lehetővé az akkumulátorokban. A kutatócsoport eltért a hagyományos tervezési szabályoktól, és a stratégiájuk nagyon bejött: rájöttek, hogy a megfelelő céllal és módon beépített „hibával” jelentősen fokozható az eszközeink működéséhez szükséges energia tárolása.
„Az eredményeink azt mutatják, hogy a célzott tökéletlenség erőteljes eszköz lehet az anyagtervezésben” – jelentette ki Dr. Nicola Pinna. Dr. Patrícia Russo hozzátette, hogy „az atomrendezés szándékos megtörésével teljesen új utak nyílnak a nagyobb teljesítményű, hosszabb élettartamú, és egyben fenntarthatóbb akkumulátorok felé.”
A csapat új anyagokat fejlesztett ki a niobium–volfrám-oxidok szerkezeti rendezetlensége és a vas-niobát irányított amorfizálása révén. Ez utóbbi a rendezetlen állapotba való átmenetet írja le. A kutatók különösen tartós anyagot állítottak elő lítiumion-akkumulátorokhoz, amely még 1000 töltési ciklus után is megőrzi az eredeti teljesítmény jelentős részét.
A nátriumion-akkumulátorokhoz – amelyek környezetbarátabb alternatívát jelentenek – szintén új típusú anyagot fejlesztettek ki. Az anyag az első töltés során jelentősen megváltozik, de megőrzi a fontos szerkezeti elemeket.
Ez rendkívül nagy tárolókapacitást és több mint 2600 töltési cikluson át tartó, szinte változatlan teljesítményt eredményez.
A rendezetlen lítium-anódok és az amorf nátrium-anódok kombinációja új távlatokat nyit a szupergyorsan tölthető elektromos járművek, a megújuló energiák helyhez kötött tárolása, valamint a korábbi akkumulátortechnológiák biztonságos alternatívái előtt. A tanulmányok hangsúlyozzák: az atomi szintű tervezési elvek kihagyhatatlan lehetőséget jelentenek a globális energiagondok megoldására tett törekvések területén.
A címlapkép illusztráció. Forrás: Freepik
Zajlik az 5. blokki nukleáris sziget betonozása, a 6. blokki munkagödör földmennyiségének negyedét kiemelték.