Egy hónapja adta hírül a Nature magazin, hogy az amerikai MIT magánegyetem hallgatóinak egy csoportja a normál lítium ionos akkumulátor kapacitásának tízszeresét tudta produkálni egy nanotechnológiát alkalmazó eljárással.
A közlemény szerint az eddigi kutatások a lítiumos akkumulátorok belsejében vándorló részecskék útjának, a diffúziós távolság lerövidítésére fókuszáltak, de a nem érték el a szükséges teljesítménynövekedést. Az új eljárás a szén nanocsövek felületén lejátszódó kémiai reakciókat használja ki: rétegenként állítják össze az elektródát, amely adalékanyag-mentes és sűrűn rétegzett többfalú szén nanocsövekből áll.
Nanocső
"[...] Az ideális nanocső hatszög-formában elrendezett szénatomok hálózatának tekinthető, amely »varrat nélküli« csővé tekeredett fel. Miközben az átmérője mindössze néhány nanométer (egymilliárdod méter), a hossza elérheti a több tíz mikront (milliomod méter). A nanocső két végét egy fél fullerén molekula zárja le. Különleges elektromos tulajdonságuk annak köszönhető, hogy kvantumfizikai okokból az elektronok csak a cső tengelye irányában tudnak haladni benne. [...]"
Forrás:Magyar Virtuális Enciklopédia
Az így létrejövő mikrométeres nagyságrendű elektróda körülbelül 200 mAh/g kapacitású, és több ezer töltési ciklust is elvisel szerkeszeti változás nélkül, amely a kondenzátoros energiatárolók sajátossága. Egy olyan szerkezet, amely a nanocsöves elektródát használja pozitív, lítium-titánium oxidot negatív elektródaként, közel 5-ször nagyobb mennyiségű energiát tud tárolni, mint a hagyományos kondenzátorok, és 10-szer több energiát tud leadni, mint a hagyományos lítium-ion akkumulátorok.
A teljesség kedvéért utánajártunk kicsit a nanotechnológiát alkalmazó kutatásoknak.
Maga a hír így önmagában kicsit száraznak tűnhet, hiszen az átlagembert legkevésbé az eszközök működési elve érdekli, annál inkább annak használhatósága: tudja-e tapizni a kedvenc készüléke kijelzőjét, tud-e zenét hallgatni vele, vagy meddig bírja egy töltéssel.
Egyre inkább körülvesznek bennünket az árammal működő készülékek, amik ráadásul egyre nagyobb teljesítményűek, ezért egyre látványosabb eredményekkel szolgáltó kutatások zajlanak a 19. század vége óta az áram előállítására alkalmazott elv felváltására.
2006-ban jelentette be szintén az MIT egyetemen dolgozó kutató professzorok egy csoportja, hogy szén alapú nanocsövekkel készítenek kondenzátort, amelyek így megközelíthetik a hagyományos akkumulátorok kapacitását. A kutatást a Ford és az egyetem autógyártókkal közös konzorciuma támogatta. 2008-ban meg is jelent erről a Népszabadságban egy érdekes cikk. (Csak kitérő, van a cikkben egy érdekes mondat, amely így hangzik: "Az ultrakondenzátor már ifjabb szülötte a technikának: 1966-ban üzemanyagcella-kutatásuk véletlen termékeként szabadalmaztatták a Standard Oil mérnökei.")
A kondenzátorokról is találunk ugyanitt egy magyarázatot:
"A kapacitást ugyanis - egyebek között - nagymértékben befolyásolja a fegyverzetek felülete, vagyis hogy mennyi töltést képesek felfogni, tárolni. A Standard Oil eljárásának a lényege, hogy a fém- (alumínium-) elektródákat 100 mikrométer vastag aktív szénnel borították, amely, mint egy szivacs, nagyon nagy felületen kötött meg töltést. Jó eszköz, csak az a baj, hogy a porózus aktív szén hajlamos a porladásra, amellett a "ragasztó"-anyagnak, amivel a fémfelülethez kötik, általában nagy a villamos ellenállása."
Tehát a megoldás a felületek növelése, vagy az aktív szén porladásának megelőzése lehet. Ez utóbbi problémát 2009-ben megoldották koreai mérnökök, a felület növelésére pedig válasz lehet a 2007-ben hírül adott "papírakkumulátor" (itt és itt) rétegzése.
Pontosan ezt tették most az MIT hallgatói is, készítettek egy kb. 200 mAh/g kapacitású "anyagot", ami természetesen egyelőre nagyon vékony rétegben készült el. Ha sikerülne üzemi méretekben előállítani, elegendő volna például két 60g-os kis csomag egy átlagos elektromos roller meghajtásához, a jelenleg olcsó energiaforrásként használható 2x4 kg-os ólomakkumulátorok helyett.
Hasonló utat választottak a Purdue és Louisville-i egyetem kutatói is, akik a Honda támogatásával a nanocsövek alakját változtatva keresik a megoldáshoz vezető utat. A magyar nyelvű cikk itt, az angol itt olvasható.
Mi csak reméljük, hogy előbb-utóbb sikerül életképes és olcsón előállítható, így mindenki számára megfizethető , környezetbarát energiaforrást találni.
A teljesség kedvéért, cikk elején említett kutatás résztvevői, a képen balról sorolva:
- Betar Gallant (hallgató)
- Seung Woo Lee (hallgató)
- Yang Shao-Horn (professzor)
- Paula Hammond (professzor)
