A tudósok nemrég újfajta katódanyagot fejlesztettek ki vas felhasználásával, amellyel lítium-ion akkumulátorokat lehet készíteni elektromos autókhoz. Ez kiváltaná a drágább és szűkösebb fémeket, például a kobaltot és a nikkelt, és megnyitná az utat az olcsóbb, biztonságosabb és fenntarthatóbb, nagyobb energiasűrűségű akkumulátorok előtt.
Az elektromos autók számára nemcsak az új anyag költséghatékonysága miatt lehet előnyös ez az új megközelítés, hanem azért is, mert az Oregon State University egyik kémiai kutatója által vezetett együttműködés fenntarthatóbb alternatívaként hirdeti.
„Az elektródánk nagyobb energiasűrűséget tud nyújtani, mint az elektromos járművekben használt legkorszerűbb katódanyagok. És mivel vasat használunk, amelynek ára kevesebb mint egy dollár lehet kilogrammonként – ami csak töredéke a nikkelnek és a kobaltnak, amelyek nélkülözhetetlenek a jelenlegi nagy energiájú lítiumion-akkumulátorokban –, az akkumulátoraink költsége potenciálisan sokkal alacsonyabb.”
Nagyobb biztonság és fenntarthatóság
Ji emellett megjegyezte, hogy míg a katód jelenleg a lítium-ion akkumulátorcellák gyártási költségének 50 százalékát teszi ki ki, a vasalapú katódok nagyobb biztonságot és fenntarthatóságot tennének lehetővé. Kiemelte azt is, hogy néhány évtizeden belül a nikkel és a kobalt várható hiánya meg fogja állítani az akkumulátorgyártást a jelenlegi gyakorlatban. Ráadásul ezek az elemek már elérték a maximális energiasűrűségüket, és ha tovább erőltetjük őket, az akkumulátorok a töltés során felszabaduló oxigén miatt meggyulladhatnak. A kobalt mérgező, és szennyezheti az ökoszisztémákat és a vízforrásokat, ha a hulladéklerakókból kioldódik.
Ez a változás nem változtatja meg az akkumulátorok alapvető működését, például kisütéskor a lítiumionok az elektrolitban az anódtól a vasalapú katód felé mozognak, és a feltöltés során megfordulnak. A vasalapú katód nagyobb energiasűrűséget, nagyobb biztonságot és alacsonyabb költségeket ígér.
A negyedik leggyakoribb elem a földkéregben
„A nyersanyaghiány nem fogja korlátozni a vasalapú katódunkat”, jegyezte meg Ji, és kifejtette, hogy a vas, amellett, hogy a tömegével mérve a leggyakoribb elem a Földön, a negyedik leggyakoribb elem a földkéregben.
„Nem fogunk kifogyni a vasból, amíg a Nap vörös óriássá nem változik”.
Az új vasalapú akkumulátorokat úgy készítették el, hogy egy speciálisan kialakított kémiai környezet segítségével fokozták a fém reaktivitását. A kutatók fluor- és foszfát-anionok keverékét dolgozták ki, amely lehetővé tette a vaspor, a lítium-fluorid és a lítium-foszfát reverzibilis átalakítását vas-sókká. Ez a kialakítás lehetővé tette a vas felhasználását a katódban anélkül, hogy a meglévő anód, a gyártósorok vagy az akkumulátorkonstrukciók megváltoztatására lett volna szükség.
„Bebizonyítottuk, hogy az anionokkal tervezett anyagok áttörhetik az energiasűrűség plafonját a fenntarthatóbb és olcsóbb akkumulátorok számára”. Nem valami drágább sót használunk a vassal együtt – csak azokat, amelyeket az akkumulátoripar eddig is használt, majd a vasport. Ahhoz, hogy ezt katódot alkalmazásokba helyezzük, nincs szükség új anódokra, gyártósorokra, az akkumulátor új kialakítására. Csak egy dolgot cserélünk le: a katódot”,
magyarázta Ji.
A tanulmány a Science Advances című folyóiratban jelent meg.
(forrás)
