Berlini kutatók a szilárdtest akkumulátorokban hisznek

Berlinben új lendületet kapott a jövő energiatárolásának kutatása: a Német Anyagkutató és Vizsgáló Intézet (BAM), a Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) és a Humboldt Egyetem közös laboratóriumot tervez létrehozni, amely a szilárdtest akkumulátorok fejlesztését helyezi középpontba. A cél ambiciózus: olyan akkumulátortechnológia kifejlesztése, amely gyorsabban tölt, tovább bírja és fenntarthatóbb, mint a jelenleg használt lítiumion-akkumulátorok.

Lítium helyett nátrium – a jövő akkumulátorának új útjai

A hagyományos lítiumion-akkumulátorok fejlődése egyre inkább korlátokba ütközik. Az eddig alkalmazott grafit anódok iontároló kapacitása véges, így az energiasűrűség növeléséhez új megoldásokra van szükség. Erre kínálnak alternatívát a tiszta lítiumból, vagy a még fenntarthatóbb és olcsóbb nátriumból készült anódok, amelyek akár negyven százalékkal nagyobb energiasűrűséget is elérhetnek.

A technológiai áttörés egyik feltétele, hogy ezeket a fémes anódokat biztonságosan működtethető szilárd elektrolit vegye körül — a jelenleg elterjedt folyékony elektrolitok helyett. A kihívás azonban komoly: a szilárd anód és a szilárd elektrolit érintkezési felületén üregek és kontaktusveszteségek alakulhatnak ki, ami használhatatlanná teheti az akkumulátort.

Forradalom a folyékony alkálifém-anódokkal

A kutatók egy merőben új koncepciót vizsgálnak: a folyékony alkálifém-anódokat, amelyek drámaian megnövelhetik az akkumulátorok teljesítményét. „Egy kísérletünk során igazoltuk, hogy egy folyékony alkálifém-anód akár százszor nagyobb teljesítményre képes, mint a hagyományos grafit anód” – mondta Gustav Graeber, a Humboldt Egyetem akkumulátoranyag-szakértője és a BAM vendégkutatója.

A jelenlegi technológia azonban csak 250 Celsius-fokon működik, ami a hétköznapi alkalmazást ellehetetleníti. A kutatók ezért olyan káliumadalékokat tesztelnek, amelyek csökkentik az anód olvadáspontját, és lehetővé teszik a szobahőmérsékleten való működést. A probléma, hogy a legtöbb jelenlegi szilárd elektrolit nem elég stabil a káliummal szemben.

NASICON-alapú szilárd elektrolit: kulcstechnológia a megoldáshoz

A kutatás középpontjában egy NASICON-alapú (nátrium-szuperionvezető) szilárd elektrolit áll, amely magas ionvezető képességet biztosít szobahőmérsékleten, miközben kémiailag stabil marad a káliummal szemben — különösen, ha hafniummal dúsítják. A gond csak az, hogy a hafnium ritka és drága.

A NASICON-projekt keretében Graeber és interdiszciplináris csapata fenntarthatóbb, szélesebb körben elérhető adalékanyagokat keres, amelyek hasonló hatékonysággal bírnak. A legígéretesebb jelölteket már nátriumalapú akkumulátorokban tesztelik.

„Ez a kutatás döntő lépés a nagy teljesítményű, fenntarthatóbb, olcsóbb és hatékonyabb akkumulátorok felé” – hangsúlyozza Graeber. „A nátrium-szilárdtest akkumulátorok nemcsak jelentősen csökkenthetik a töltési időt, de javíthatják a mobil- és helyhez kötött energiatároló rendszerek teljesítményét is — ami kulcsfontosságú a globális dekarbonizációs célok eléréséhez.”

Berlin Battery Lab: a német energiatárolási ipar új fellegvára

A tervezett Berlin Battery Lab a BAM, a HZB és a Humbolt Egyetem közös projektjeként valósul meg, és a világ egyik legfejlettebb akkumulátortechnológiai kutatóbázisa lehet. A labor célja, hogy az alapkutatástól az ipari alkalmazásig végigkísérje a következő generációs akkumulátorok fejlesztését, miközben fenntarthatósági szempontokat és gazdaságossági kérdéseket is figyelembe vesz.

A nemzetközi verseny egyre fokozódik

Nemcsak Berlinben zajlanak hasonló kutatások: a világ vezető kutatóintézetei és akkumulátorgyártói is versenyt futnak a szilárdtest akkumulátorok fejlesztésében. A Toyota például 2027-re tervezi piacra dobni saját szilárdtest modelljét, míg a QuantumScape és a Solid Power már több mint egy évtizede dolgozik hasonló technológián.

A berlini kutatás különlegessége, hogy kálium és nátrium alapú technológiára épít, ami lényegesen fenntarthatóbb és olcsóbb megoldás lehet, mint a lítium dominálta rendszerek.