A grafitrészecskék újratervezésével kiküszöbölték a környezetszennyező adalékokat. A hatótáv nő, miközben a töltés időtartama és a gyártási költség jelentősen csökkenhet.
Az e-mobilitás egyik legnagyobb paradoxona, hogy miközben a technológia a zöld fordulatot szolgálja, az akkumulátorgyártás során felhasznált anyagok és folyamatok gyakran jelentős ökológiai lábnyomot hagynak maguk után. Ez az ellentmondás most minden korábbinál közelebb került a megoldáshoz, miután dél-koreai kutatók olyan gyártási technológiát mutattak be, amely nemcsak a környezetre káros anyagoktól szabadítja meg a folyamatot, hanem érdemben javítja az energiatárolók teljesítményét is, így akár jelentősen nőhet a hatótáv. A technológia középpontjában a grafitalapú száraz elektródák állnak, amelyek előállításához mostantól nincs szükség a problémás politetrafluoretilénre (PTFE).
Az akkumulátor- és autóipar régóta küzd a száraz elektródás eljárás tökéletesítésével, mivel ez a módszer drasztikusan csökkenti a gyártáshoz szükséges szerves oldószerek mennyiségét és a környezetterhelő szárítási fázisokat.
Eddig a folyamat elengedhetetlen része volt a kötőanyagként használt PTFE, amely az anódkörnyezetben rontotta a teljesítményt, és fluorozott anyagként komoly környezetvédelmi aggályokat vetett fel. Sokan lehetetlennek tartották a száraz elektróda gyártását ezen összetevő nélkül, ám a Koreai Anyagtudományi Intézet (KIMS) és a Koreai Elektrotechnológiai Kutatóintézet munkatársai rácáfoltak erre az álláspontra.
Izotróp szerkezet a gyorstöltés és a nagyobb hatótáv szolgálatában
A megoldást a grafitrészecskék molekuláris szintű átszervezése hozta el. A kutatók permetezve, szárításos eljárással alakítottak ki kompozit grafitgranulátumokat, amelyek belső szerkezete véletlenszerűen orientált, vagyis izotróp lett. Ez alapvető változás a hagyományos, lemezszerű és erősen rendezett struktúrához képest. Az új elrendezés többirányú útvonalat nyitott a lítium-ionok számára, ami lehetővé tette az akadálytalan áramlást az elektróda teljes vastagságában.
Ennek a morfológiai változtatásnak köszönhetően a vastag, száraz elektródákra jellemző teljesítményromlás a töltési-kisütési ciklusok során elmaradt. A kísérleti adatok azt mutatják, hogy a módszerrel készített anódok még a hagyományos, nedves eljárással gyártott társaiknál is jobb gyorstöltési paramétereket és hosszabb élettartamot mutatnak.
A technológia nagy energiasűrűség mellett is javítja a lítium-ion diffúziót, ami kulcsfontosságú a nagy kapacitású akkumulátorok esetében.
„Ez a technológia olyan új megközelítést mutat be, amely képes leküzdeni a hagyományos, PTFE-alapú száraz elektródás folyamatok korlátait” – állítja az Energy Storage Materialsban közölt tanulmányban a KIMS szenior kutatója. Jihee Yoon hozzátette: „Várakozásaink szerint kiválóan alkalmazható lesz a következő generációs elektromosautó-akkumulátoroknál, amelyek egyszerre igényelnek nagy energiasűrűséget és gyorstöltési teljesítményt.”
Olcsóbb gyártás, tisztább jövő, hatótávpara nélkül
Az új eljárás egyik legnagyobb előnye az ipari alkalmazhatóság. A kutatócsoport a már széles körben használt CMC-SBR kötőanyag-rendszert alkalmazta, ami azt jelenti, hogy a gyáraknak nem kell teljesen új alapanyag-ellátási láncokat építeniük a technológia bevezetéséhez.
A száraz elektródák térnyerése a gyártási költségek és a szén-dioxid-kibocsátás mérséklése miatt is stratégiai fontosságú a járműipar számára.
A szakértők szerint az eljárás amellett, hogy növeli az elektromos szabadidőautók hatótávolságát, az energiatároló rendszerek hatékonyságát is új szintre emelheti. „A technológia jelentősen javította a lítium-ion diffúziós jellemzőit, ami megerősíti, hogy alkalmas vastag elektróda-architektúrán alapuló, nagy kapacitású akkumulátorok létrehozására” – vezetik le a koreai tudósok. A kutatás sikere szerintük új technológiai alapot ad a gyorstöltésre képes, nagy energiasűrűségű akkumulátorok tömeggyártásához, miközben a gyártási folyamatból kiiktatható az egyik legproblémásabb adalékanyag.
A címlapkép illusztráció. Forrás: Magnific
„A Roszatom Műszaki Akadémián képzett szakemberek már most olyan kompetenciákat sajátítottak el, amelyekre az erőművi blokkok üzembe helyezésének minden szakaszában szükség lesz.”