A Cambridge kutatói a napokban megjelent tanulmányukbanegy olyan lítium-levegő akkumulátor kifejlesztéséről számolnak be, amely megoldást kínál a hasonló konfigurációk számos problémájára, magas energiasűrűséget kínál, több mint 2000-szer újratölthető, mielőtt zavaróan romlani kezdene a teljesítménye, és legalább 90 százalékos hatásfokkal nyerhető vissza belőle a benne tárolt energia.

Amikor huszonöt évvel ezelőtt megjelentek a könnyű és apró lítiumion-akkumulátorok, azok teljesen átformálták a hordozható elektronikus eszközök arcát, mondja Clare P. Grey, a kutatás vezetője. Ahogy azonban egyre intenzívebbé vált az elektromos gépjárművek fejlesztése, világossá lett az is, hogy ekkora igénybevétel esetén még ezek az akkuk sem ideálisak a célra. A lítium-levegő akkumulátorok viszont sokkal könnyebbek rokonaiknál, ami kisebb tömegű autókat, és hosszabb utakat tesz lehetővé egy töltéssel, nem is beszélve magasabb energiasűrűségükről.

A Cambridge kutatói sajtóközleményükbenleszögezték, hogy ugyan még legalább egy évtizedet kell várni, mire az első lítium-levegő akku kereskedelmi forgalomba kerülhet, a legnagyobb fejlesztési nehézségekkel úgy tűnik, hogy már sikerült megbirkózni. A korábbi kutatások során például problémát okozott, hogy az ilyen akkuk a töltés tárolásában jeleskedtek ugyan, de élettartamuk nagyon korlátozott volt a praktikus használathoz. Ha pedig az elhasználódásra sikerült megoldást találni, azok rendszerint nagyon instabil összeállítások voltak, amelyek csak laborkörülmények között, tisztán oxigénből álló környezetben működtek biztonságosan.

Ezeket a gondokat részben már sikerült orvosolniuk a szakértőknek. Míg a legtöbben eddig olyan lítium-oxigén akkuk létrehozásával kísérleteztek, amelyekben a kémiai reakciók eredményeként katódon lítium-peroxid keletkezik, a Cambridge szakértőinek prototípusában ehelyett lítium-hidroxid képződik. A rendszer egy lítium anódból, egy grafén-oxid elektródából és egy lítium-jodidot tartalmazó elektrolitból áll.

A korábbi lítium-levegő akkuk esetében gondot okozott, hogy amikor az oxigén belépett az elektródába, és reakcióba lépett a lítium-ionokkal, a keletkező lítium-peroxidot nem lehetett leválasztani onnan, ami felgyűlve egyre jobban gátolta az ionok áramlását. A mostani elrendezésben viszont a képződő lítium-hidroxid a töltési ciklus során nagyrészt újra belép a körforgásba, és a szakértők úgy találták, hogy ha némi vizet is hozzáadnak a rendszerhez, a felhalmozódás még inkább mérsékelhető, így az akku elviekben legalább 2000-szer újratölthető, mielőtt elhasználódna.

A lítium-hidroxidból ráadásul több fér el az elektródán, mert bár a lítium-hidroxid molekulák nagyobbak a lítium-peroxidnál, kedvezőbb alakúak ennél, így hatékonyabban töltik ki a rendelkezésükre álló teret a lyukacsos grafénban, mondják a kutatók. Az új elrendezés révén elméletileg 3350 Wh/kg-os energiasűrűség valósítható meg az akkumulátorban, ami jelentősen meghaladja a jelenleg használt lítiumion-akkuk 140‒250 Wh/kg-os energiasűrűségét.

A fejlesztés persze mindezen lenyűgöző eredmények ellenére sem tökéletes, a legnagyobb problémát például az jelenti, hogy a rendszer csak tiszta oxigén bevitelével képes ezen mutatók produkálására. A levegő pedig más összetevőket is tartalmaz, amelyek jelentősen ronthatják az akku teljesítményét, és különböző nem kívánt melléktermékek képződését segíthetik elő. Egy darabig tehát még erre az akkutípusra is várnunk kell.