Szilárdtest akkumulátor

A szilárdtest akkumulátor olyan újratölthető cella, amelyben a hagyományos lítiumion-akkumulátorra jellemző folyékony elektrolitot szilárd anyag váltja fel. Az elektrolit az a közeg, amelyen keresztül a lítiumionok a két elektróda között vándorolnak töltés és kisülés közben, a mai cellákban pedig ez gyúlékony folyadék vagy gél. Ennek szilárd anyagra cserélése, legyen az kerámia, üveg vagy különleges polimer, széles körben az elektromos autók következő akkumulátor-generációjához vezető egyik legígéretesebb útnak számít, hiszen egyetlen szerkezeti változtatástól nagyobb hatótávot, gyorsabb töltést és nagyobb biztonságot kínál.

A szilárd megoldás vonzereje részben abban rejlik, amit maga a szilárd elektrolit tesz, részben pedig abban, amit lehetővé tesz. A szilárd elektrolit nem ég, nem szivárog, és sokkal jobban tűri a hőt, ami megszünteti a lítiumion-cellák legveszélyesebb meghibásodási módját, a hőmegfutást, és csökkenti a terjedelmes hűtés és védelem szükségességét. Ami döntő: egy kellően ellenálló szilárd anyag gátként szolgálhat a cellákon belül növekvő, dendriteknek nevezett fémes tüskékkel szemben, amelyek rövidzárlatot okoznak. Éppen ez a gát teheti végre lehetővé a tiszta lítiumfém-anód használatát a mai grafit helyett, ami azonos térfogatba jóval több energiát zsúfol.

Ez a megnövelt energiasűrűség a fő ígéret. A szilárd elektrolit mögött lítiumfém-anódot alkalmazó cella adott tömeg és térfogat mellett lényegesen több energiát tárolhat, ami vagy nagyobb hatótávú elektromos autókat eredményez, vagy fordítva, azonos hatótávot egy kisebb, könnyebb és olcsóbb akkumulátorcsomagból. A szilárd elektrolitok elvben a folyadékoknál jobban tűrik a nagyon gyors töltés magas áramait is, ami percekben, nem pedig tíz percekben mérhető töltési időt vetít előre, miközben a nagyobb biztonsági tartalék lehetővé teszi a cellák szorosabb elrendezését.

A nehézség abban áll, hogy ezeket az ígéreteket milliós nagyságrendben gyárthatóvá tegyék. Rendkívül nehéznek bizonyult olyan szilárd elektrolitot előállítani, amely a folyadékhoz hasonló könnyedséggel vezeti a lítiumionokat, miközben tökéletes érintkezést tart fenn az elektródákkal, amelyek minden töltési ciklusban tágulnak és zsugorodnak. E szoros határfelület fenntartása több ezer cikluson át, a dendritek megbízható elnyomása, és mindez egy megfizethető autókhoz illő költségen és léptékben félelmetes gyártási kihívás. Ennek eredményeként a technológia jórészt sorozatgyártás előtti állapotban van, intenzív kutatás és kísérleti gyártósorok tárgya, de még nem a tömegpiaci autóké, és a határidők többször is csúsztak.

A szilárdtest akkumulátort legjobban a ma elektromos autókat hajtó lítiumion-akkumulátor, köztük a gyakori NMC és LFP kémiák leendő utódjaként érdemes felfogni. Míg ezek az elektródák anyagait írják le, a szilárdtest megjelölés a közöttük lévő elektrolitra utal, és a technológia iránti hatalmas figyelem fő oka az a képessége, hogy az akkumulátor-kapacitást messze a jelenlegi kémiák határain túlra emelje.