A lítium-levegő akkumulátorok nagyon ígéretes technológiának tűnnek, ami az elektromos autók és a hordozható elektronikai készülékek jövőjét illeti, hiszen nagyon nagy energiasűrűséget lehet rajtuk megvalósítani. A jelenleg létező változatok ugyanakkor még közel sem tökéletesek, hiszen alacsony hatásfokúak, mivel a rajtuk tárolt energia egy jelentős részét hő formájában adják le, és gyorsan tönkremennek. Működtetésükhöz ráadásul egy költséges extra alrendszerekre van szükség, amelyek az oxigén áramoltatásáról és más anyagok eltávolításáról gondoskodnak.
Az MIT kutatói azonban most kifejlesztettek egy újfajta rendszert, amely felülemelkedik a problémák többségén. Ahogy Ju Li, a kutatás vezetője mondja, a lítium-levegő akkuk legtöbb problémája abból adódik, hogy a kimeneti feszültség jóval alacsonyabb a töltési feszültségnél, így az energia jelentős része pocsékba megy, és ha túl gyorsan zajlik a töltés, akár ki is gyulladhat a rendszer.
A korábbi lítium-levegő akkumulátorok nyitott rendszerűek voltak, vagyis a levegőből táplálkoztak oxigénnel, majd azt oda is engedték vissza. Az új verzió viszont zárt rendszerű, azaz az oxigén nem hagyja el az akku belsejét, sőt: nem is alakul vissza gázzá a reakciók során. Ehelyett végig kötött formában marad meg három vegyület (Li2O, Li2O2, LiO2) valamelyikében, amelyek egymásba alakulásai során töltődik, illetve sül ki a rendszer.
Ezzel a megoldással a jelentősen csökkenthető a veszteséghő, hiszen az elektromos energia több mint 30 százaléka helyett mindössze 8 százalékát adja le hőként a rendszer. Így gyorsabb töltés valósítható meg, és az új felépítés az akku degradálódását is lassítja. A korábbi hasonló akkuk ugyanis jelentős részben azért mentek tönkre olyan hamar, mert az oxigén halmazállapotváltozásai során azok anyaga óriási térfogatváltozásokon ment át.
Az új rendszer nanométeres nagyságú részecskékből, lítiumból és oxigénből álló üvegszemcsékből áll, amelyek egy kobalt-oxid vázban foglalnak helyet. A három már említett lítium-oxid egymásba alakulása végig ezen a szilárd vázon belül valósul meg, amely stabilizálja az alapvetően nagyon instabil szemcséket, és egyben katalizátorként is szolgál a reakciókhoz.
A zárt rendszerrel az a probléma is megoldódik, hogy a lítium-levegő akkuk rosszul viselik a nedvesség és a szén-dioxid jelenlétét, így ezek eltávolításáról külön gondoskodni kell. Li és társai új akkuja nem érintkezik a levegővel, így ezzel a gonddal nem is kell foglalkozni. Az új akkut továbbá nem lehet túltölteni sem, mivel a benne zajló reakciók önkorlátozóak, és egy bizonyos ponton túl egyszerűen leállnak, így az anyagban nem keletkeznek visszafordíthatatlan szerkezeti változások, és az akku felrobbanásától sem kell tartani. Li elmondása szerint egy alkalommal 15 napig folyamatosan töltötték a prototípust, és annak még így sem lett semmi baja.
Az akkut a labortesztek során egymás után 120-szor töltötték fel és sütötték ki, és annak kapacitása mindössze 2 százalékkal csökkent, ami rendkívüli eredmény egy ilyen rendszernél. A zárt kialakítás továbbá azt is lehetővé teszi, hogy az új akkut létező, korábban lítiumion-akkuval működtetett készülékekhez adaptálják, hiszen semmilyen kiegészítő alrendszer nem szükséges ahhoz, hogy funkcionáljon. És mivel a „szilárd oxigén” katódok sokkal könnyebbek, mint a lítiumion-akkuk katódjai, egységnyi tömeg mellett az új rendszer kétszer annyi energia tárolására képes.
Li elmondása szerint az új akkumulátor olcsó, skálázható és sokkal biztonságosabb, mint a korábbi lítium-levegő rendszerek. A fejlesztő csoport úgy tervezi, hogy egy éven belül megépíti azt a prototípust, amely már a piacra dobandó darabok mintájául is szolgálhat.