A lítium-akkumulátorok fejlődését korlátozza, hogy újrahasznosításuk körülményes, nehéz beilleszteni a körforgásos gazdaságba. A világban éppen ezért számos olyan kutatás folyik, ami a lítium más fémekkel történő kiváltását célozza. Nagy Tibor és a kutatócsoportja olyan megoldást dolgozott ki. Anódként cinket alkalmaz lítium helyett, a katódfolyamatnál pedig a levegőből (víz helyett) nyerik az oxigént. Az új típusú energiatároló cellulóz alapú, biológiailag lebomló anyagokat használ adalékanyagként és membránként.
– Nem csak egy fél cellát vizsgáltunk, amit gyakran tesznek kutatások során, hanem összeraktunk egy teljes cink-levegő rendszert, ami már önmagában is alkalmazható akkumulátornak. Így készítettük el a prototípusunkat, ami használható az elektromos energia tárolására. A különlegessége a rendszernek, hogy egyszerűen egy cinkanódot és aktív szénkatódot alkalmaztunk, mindkettő nagyon olcsó. További előnye, hogy nem használtunk katalizátort, ezáltal a prototípusban nincs nehézfém. Az energiatárolás a katód-oldalon a levegőből kinyert oxigén segítségével valósul meg – teszi hozzá Nagy Tibor.
A prototípus a hagyományos cink-levegő rendszerekhez viszonyítottan kisebb munkafeszültség tartományban működik, ami lehetővé teszi, hogy jóval kíméletesebb körülmények között dolgozzon az akkumulátor. Ennek hatására stabilabb működést tudtak elérni, háttérbe szorultak a káros, a kapacitást és az élettartamot csökkentő folyamatok.
– Cink van az anódon és az aktív szénben nincs katalizátor, tehát semmilyen katalizátort nem alkalmazunk. Ez megint azért jó, mert egyszerű és környezetbarát. Elektrolitként lúgot alkalmazunk, amit viszonylag könnyen tudunk semlegesíteni. Mindössze egy adalékunk van, az úgynevezett karboximetilcellulóz, ami cellulóz-alapú polimer. Tehát természetes eredetű és környezetbarát az a gyapjúköpeny is, ami a két elektródot elválasztja egymástól, és lehetővé teszi, hogy elektromos munkát végeztessünk az akkumulátorral. Összefoglalva, a rendszerünk könnyen előállítható, egyszerű, olcsó és könnyen újrahasznosítható, nincs benne problémás elem – sorolja a kutató.
A Nagy Tibor nevével fémjelzett cink-levegő rendszerű akkumulátor további előnye az újrahasznosíthatóság mellett, hogy nagy elméleti kapacitással rendelkezik, ami alapján a lítium-alapú akkumulátorok egyik legígéretesebb alternatívája lehet. – Tanszékünkön a megújuló energia hasznosíthatóságát, annak tárolási lehetőségeit hosszú ideje kutatjuk, számos akkumulátort használunk, ám ezek energiatároló képessége – beleértve a lítium akkumulátort is – limitált. Ez pedig, ami általános gátja a megújuló energiák további terjedésének. – véli a szakember.
– A prototípusunk elkészült, most a léptéknövelés fázisában arra koncentrálunk, hogyan lehet a teljesítményét úgy növelni, hogy a pozitív tulajdonságokat megtartsuk. Elsősorban a kapacitás növelésén dolgozunk, de a cellák összekapcsolását is elvégeztük, hogy növeljük a kimenő feszültséget. Ehhez hozzájárul az egyetem Proof of Concept pályázata, ami megadja a lehetőséget számunkra egy lényegesen nagyobb kapacitással rendelkező rendszer kidolgozására – mondja a terveket illetően Nagy Tibor.
A fejlesztési folyamat meghatározó tényezőjeként említi a szakember a megfelelő geometria alkalmazását. A cellák megtervezését követően erre a célra a 3D-nyomtatást választották, amivel kellően hatékonyan lehetett tesztelni a geometriát, illetve precízen kialakítani a cellatestet.
A kutatásban a DE TTK Alkalmazott Kémiai Tanszék munkatársai mellett a Szilárdtest Fizikai Tanszék szakemberei is részt vettek. A kutatási folyamat során több szabadalmi bejelentés is született.
Borítókép: illusztráció, lítium akkumulátorok garmada/Fotó: AFP
