A szilárdtest-akkumulátorok régóta az elektromos autók egyik legígéretesebb technológiájának számítanak, ám a gyártásuk eddig komoly műszaki akadályokba ütközött. Most azonban a svájci Paul Scherrer Institute (PSI) kutatói egy olyan új gyártási módszert mutattak be, amely egyszerre növelheti a cellák élettartamát és leegyszerűsítheti az ipari előállítást – ezzel valódi áttörést hozva a szilárdtest-akkumulátorok fejlesztésében.
Miért kulcsfontosságúak a szilárdtest-akkumulátorok?
Elméleti szinten a technológia két meghatározó előnyt kínál a hagyományos, folyékony elektrolitos lítiumion-akkumulátorokkal szemben. Egyrészt nem tartalmaznak gyúlékony folyadékot, ami lényegesen biztonságosabb működést jelent. Másrészt jóval nagyobb energiasűrűség érhető el a rendkívül vékony lítiumfém-anód alkalmazásával, ami nagyobb hatótávot vagy könnyebb járműveket eredményezhet – ez pedig az elektromos autók egyik legfontosabb fejlesztési iránya.
Nem véletlen, hogy az iparág óriásai is korán felismerték a lehetőséget. A Volkswagen már 2012-ben befektetett az amerikai QuantumScape vállalatba, és tervei szerint akkumulátorgyártó leánycégén, a PowerCo-n keresztül licencelné a technológiát a jövőbeni sorozatgyártáshoz. Eközben a Factorial fejlesztéseit olyan stratégiai befektetők támogatják, mint a Mercedes-Benz és a Stellantis.
A két legnagyobb műszaki akadály
A szilárdtest-akkumulátorok elterjedését eddig elsősorban két probléma gátolta. Az egyik a lítium-dendritek kialakulása, vagyis azok a tűszerű fémképződmények, amelyek képesek áthatolni a szilárd elektroliton, belső rövidzárlatot okozva. A másik gond az elektrokémiai instabilitás a lítiumfém-anód és a szilárd elektrolit határfelületén, ami hosszabb távon jelentősen rontja az akkumulátor élettartamát.
Új gyártási eljárás, ígéretes eredmények
A PSI kutatói mindkét problémára egyszerre kínálnak megoldást. Mario El Kazzi, a PSI Akkumulátoranyagok és Diagnosztika Kutatócsoportjának vezetője szerint: „Két olyan megközelítést kombináltunk, amelyek együtt sűrítik az elektrolitot, és egyben stabilizálják a lítiummal érintkező határfelületet.”
A kutatás középpontjában az argirodit típusú Li₆PS₅Cl (LPSCl) áll, amely kénalapú, rendkívül jó lítiumion-vezető képességgel rendelkező szilárd elektrolit. A korábbi gyártási módszerek vagy túl porózus szerkezetet eredményeztek, vagy túl magas hőmérsékleten veszélyeztették az anyag stabilitását.
Az új eljárás mérsékelt hőmérsékletet és nyomást alkalmaz, aminek köszönhetően kevesebb üreg alakul ki az elektrolitban, így a dendritek nehezebben tudnak áthatolni rajta. Ezt egészíti ki egy mindössze 65 nanométer vastagságú lítium-fluorid (LiF) bevonat, amely vákuumban kerül fel a lítium felületére, és hatékonyan stabilizálja a kritikus határfelületet.
Közelebb a piaci áttöréshez
Laboratóriumi tesztek során az így készült cellák 1500 töltési ciklus után is megőrizték kapacitásuk mintegy 75 százalékát, ami már most komoly előrelépésnek számít. A kutatók szerint ez erős bizonyíték arra, hogy a szilárdtest-akkumulátorok belátható időn belül nemcsak energiasűrűségben, hanem tartósságban is felülmúlhatják a ma használt lítiumion-megoldásokat.
Ne maradj le a legfontosabb elektromos autós hírekről!
Kövess minket
Facebookon,
X-en,
Instagramon,
iratkozz fel a
Google Newsre,
vagy nézd a
YouTube-csatornánkat.
