A szilárdtest-lítium-fém elektrolitok hibrid megközelítése jelentősen növelheti az akkumulátorok energiasűrűségét és az elektromos járművek hatótávolságát, derült ki a japán Tohoku Egyetem kutatóinak legfrissebb tanulmányából. Az általuk vizsgált lítium-lantán-cirkónium-oxid (LLZO) elektrolitok polimer-kompozit változatban alkalmazva megőrzik a magas ionvezető képességet, miközben javítják az akkumulátorok rugalmasságát és gyárthatóságát. A kutatás szerint ez a hibrid megoldás a súlycsökkentés mellett javítja a hosszú távú stabilitást is, így jelentősen hozzájárulhat az elektromos járművek hatótávolságának növeléséhez.
Eric Jianfeng Cheng, a tanulmány vezető szerzője elmondta, hogy ideje lenne átgondolni a teljesen kerámia-alapú szilárdtest akkumulátorok koncepcióját, mert bár az LLZO önmagában is ígéretes anyag, teljes mértékben kerámia kialakításban csak minimálisan növeli meg az akkumulátorok energiasűrűségét. A kutatók számításai alapján az LLZO-alapú, teljesen szilárdtest-lítium-fém akkumulátor (ASSLMB) energiasűrűsége mindössze 272 Wh/kg, ami csak enyhe javulást jelent a jelenlegi lítium-ion akkumulátorok 250-270 Wh/kg értékeihez képest.
A tanulmány kiemelte, hogy az LLZO alapanyag magas gyártási költségei és nehézségei miatt a hibrid vagy félig szilárd elektrolitok alkalmazása életképesebb alternatívának tekinthető. A gyakorlatban alkalmazott LLZO-alapú cellák részletes modellezése ugyanis azt mutatja, hogy az ilyen anyagok alkalmazásával elérhető előnyök korántsem olyan jelentősek, mint azt korábban feltételezték. Egy vékony, mindössze 25 mikrométer vastag LLZO kerámia szeparátor és nagy kapacitású katód mellett is csak csekély javulás tapasztalható a legjobb hagyományos lítium-ion cellákhoz képest.
A kutatók azt javasolják, hogy inkább kvázi-szilárd LLZO elektrolitokat alkalmazzanak, amelyek kis mennyiségű folyékony elektrolit hozzáadásával fokozhatják az iontranszportot és a szerkezeti stabilitást. Ez a megközelítés jelentős előnyöket biztosíthat a kizárólag LLZO-alapú cellákkal szemben. A tanulmány további problémaként említi az LLZO nagy sűrűségét is, amely növeli az akkumulátor tömegét és ezzel rontja az energiasűrűség előnyeit. Bár a térfogati energiasűrűség elérheti akár a 823 Wh/L értéket is, a súlytöbblet és a költség gátat szabhat a gyakorlati felhasználásnak.
Cheng hangsúlyozta, hogy az LLZO mechanikai törékenysége és a gyártási nehézségek tovább nehezítik az anyag széleskörű alkalmazását. A tanulmány ezért gyakorlati mérnöki megoldások kidolgozását sürgeti, amelyek figyelembe veszik az energiateljesítményt, a gyárthatóságot és a költségeket egyaránt. Emellett további kutatások szükségesek a mechanikai tulajdonságok, az interfész viselkedés, a lítiumionok útvonalának, valamint az önthető LLZO-alapú elektrolit lemezek gyárthatóságának alaposabb megértéséhez.
