Emlékszünk még azokra a régi szép időkre, amikor elég volt egy héten egyszer feltöltenünk mobiltelefonunkat ahelyett, hogy naponta kétszer rohannánk a legközelebbi áramforráshoz, nehogy lemerüljön legújabb csodamasinánk? Egy Nobel-díjas tudós szerint hamarosan visszatérhet ez az „aranykor”.
A fluoridalapú akkumulátorok ötlete elméletben régóta foglalkoztatja a tudósokat, a gyakorlatban azonban a lítiumion-technológiával előállított aksik élveznek totális piaci egyeduralmat, ami leginkább annak köszönhető, hogy a fluoridnak több mint 150 °C-ra kell felmelegednie ahhoz, hogy az elem működhessen. Most azonban úgy tűnik, hamarosan forradalom következhet be az akkumulátorok világában – számol be a Science Alert.
A „szuperaksi” születése
A Kaliforniai Műszaki Egyetem professzora, Robert Grubbs, aki kutatásaiért 2005-ben elnyerte a kémiai Nobel-díjat, azt állítja, hogy a fluoridalapú akkumulátorok élettartama akár nyolcszor akkora is lehet, mint a manapság használt li-ion-aksikéi. Ez azt jelenti, hogy elegendő lenne hetente egyszer feltöltenünk mobilkészülékeinket.
A telefonjainkhoz használatos akkumulátorok többsége úgy működik, hogy a töltés tárolásáról pozitív töltésű lítiumionok (ún. kationok) gondoskodnak, melyek összegyűlnek az aksi belsejében. Töltéskor ezek a kationok az akkumulátor negatív, katód részét foglalják el, majd miután az áramkört lezárták, az ionok fokozatosan a pozitív, anódrész felé kezdenek áramlani. Ez az áramlat adja a szükséges energiát. Miután az aksi lemerült, a töltőre felcsatlakoztatva újra odavonzhatjuk az ionokat a gyűjtőhelyre.
Természetesen mindez fordítva, a pozitívból a negatív irányába is működhet. A negatív ionok (ún. anionok), mint a fluorid, szintén képesek annyi feszültséget generálni, mely elegendő ahhoz, hogy egy konduktoron keresztül elektronokat mozgathassanak. Sőt, bizonyos tekintetben jobb munkát is végeznek – a töltések iononkénti alacsonyabb számának köszönhetően.
„Ezt a leginkább egy olyan hasonlattal tudjuk érzékeltetni, hogy elképzelünk egy pincért, aki egyszerre, ugyanazon a tálcán visz ki egy rakás italt a vendégeknek” – szemlélteti Simon Jones, a NASA rakétameghajtási laboratóriumának munkatársa. „Majd behelyettesítjük őt két vagy több kollégájával, akik ugyanannyi italt szolgálnak fel egyszerre, de külön-külön, elosztva azt az egyes tálcákon, ezáltal könnyebben és gyorsabban mozogva. Azt hihetnénk, hogy egy magasabb töltésszámú anyag eredményesebb vezető, míg valójában egy kevesebb töltéssel rendelkező, de nagyobb mennyiségű anyag sokkal gyorsabban és egyszerűbben képes mozogni” – részletezte a szakértő.
Régi-új ötlet
A fluoridion-alapú energiaforrások gondolatával már az 1970-es években is eljátszadoztak a tudósok, azonban ezt az elemet – veszélyessége, nehezen kezelhetősége miatt – mindmáig nem igazán sikerült hatékonyabban hasznosítaniuk. „A fluoriddal nehéz dolgozni, annyira maró és visszaható anyag” – magyarázza Grubbs.
A fő gond viszont az, hogy szobahőmérsékleten a fluoridionok egy szilárd atomrács részei, mely nem igazán engedi azokat szabadon mozogni. 150 °C-on ez már nem probléma, az viszont igen, hogy ennyire pokolian forróra melegített akkumulátorokat kelljen használnunk. Grubbs és társai megpróbáltak egy olyan képletet előállítani, mely megoldja ezt a problémát.
A tudósok egy elektrolitoldatot, az ún. bis(2,2,2-trifluoroetil)étert használtak ionvezetőnek, aminek segítségével képesek voltak a fluoridionokat szobahőmérsékleten is mozgásba hozni, és ezáltal elektromos töltést előidézni. A kutatócsapat különböző változatokat próbált ki, megpróbálván adalékvegyületekkel fokozni az anyag hatékonyságát. A végeredmény egy stabil, jó vezetőképességű, és különböző feszültségeken is működőképes formula lett.
Ezt az oldatot réz-lantán-trifluoriddal elegyítve a tudósok képesek voltak előállítani egy hatékony, a hőmérséklet radikálisabb növelése nélkül is újratölthető anionalapú akkumulátort. „Jelenleg csupán a fejlesztés korai stádiumában vagyunk, és számtalan megválaszolatlan kérdés maradt még, de bátran elmondhatjuk, hogy sikeresen megalkottuk a világ első szobahőmérsékleten is működőképes fluoridion-akkumulátorát” – lelkendezik Jones.
Egyelőre tehát várnunk kell még egy kicsit, amíg ezt a forradalmi új technológiát a mindennapi életünkben is használhatjuk, de a tudósok biztosak benne, hogy hamarosan eljön a nap, mikor ezen „szuperaksik” kijutnak a laboratóriumból, és betörnek a világpiacra.
