A lítium-ion akkumulátorok az elmúlt évtizedekben uralták a piacot, köszönhetően megbízhatóságuknak és nagy energiasűrűségüknek. A lítiumellátás azonban egyre nehezebben biztosítható a világon a növekvő igények mellett, egyre drágább. Ráadásul a cellák veszélyesek lehetnek, sérülés vagy helytelen használat esetén felrobbanhatnak vagy lángra lobbanhatnak. Emiatt az iparban már egy ideje olcsóbb és biztonságosabb alternatívákat keresnek, mivel égetővé váltak a problémák a világ megújuló energiára és elektromos járművekre való átállás miatt.

A Massachusetts Institute of Technology (MIT) csapata ezért új típusú akkumulátorok tervezésébe kezdett, amelyek könnyen hozzáférhető, olcsó anyagokból készülnek. Viszonylag hamar rátaláltak három könnyen beszerezhető anyagra: az egyik elektróda alumínium, a másik pedig kén lett, amelyet olvasztott klór-aluminát sóból álló elektrolittal egészítettek ki. Ezek az összetevők nem csak olcsók és elterjedtek, de nem is gyúlékonyak, így nincs tűz- vagy robbanásveszély – derül ki az Ars Technica cikkéből.

A Nature tudományos folyóiratban publikált kutatási eredmények szerint a tesztek során a csapat bebizonyította, hogy az új akkumulátorcellák több száz töltési ciklust kibírnak, és nagyon gyorsan töltődnek - egyes kísérletekben kevesebb mint egy perc alatt. A cellák a hasonló méretű lítium-ion cellák árának mindössze egyhatodába kerülnének. 

A töltési kapacitás is ígéretes

Az MTI kutatói szerint az új akkumulátorok tárolókapacitása és töltésleadása is kimagasló. Lassú kisütési sebesség mellett az alumínium-kén cellák súlyarányos töltési kapacitása több mint háromszorosa volt a lítium-ion akkumulátorokénak. Ez a szám a töltési/kisütési sebesség növekedésével csökkent, de a teljesítmény továbbra is kiváló maradt. Ha a cellát két órán keresztül kisütötték, majd mindössze hat perc alatt feltöltötték, akkor is 25 százalékkal nagyobb volt a súlyra vetített töltési kapacitás, mint a lítium-ion akkumulátoroknak, és 500 ciklus után is megmaradt a kapacitás nagyjából 80 százaléka – ami jóval meghaladja a legtöbb lítium-kémia esetében tapasztalt értéket.

Ráadásul nagyon magas a hőtoleranciájuk is: nemcsak magas, akár 200 °C-os hőmérsékleten is képesek működni, ennél melegebb környezeteben még jobban is működnek. Jól mutatja ezt, hogy 110 °C-on az akkumulátorok 25-ször gyorsabban töltődtek, mint 25 °C-on. Fontos, hogy a kutatók szerint az akkumulátornak nincs szüksége külső energiára ahhoz, hogy elérje ezt a magas hőmérsékletet - a töltés és kisütés szokásos ciklusa elegendő ahhoz, hogy ilyen melegen tartsa.

Bár az elektrolitban lévő sófajtát azért választották, mert alacsony az olvadáspontja, véletlenül van egy másik előnye is: természetes módon megakadályozza a dendritek kialakulását. Ezek a fémindák, amelyek fokozatosan nőnek a két elektróda között, amíg rövidzárlatot nem okoznak, az akkumulátorok, különösen a lítium-ion cellák esetében komoly akadályt jelentenek.

Akár egész épületek energiatárolására alkalmasak

A csapat szerint ez az akkumulátorkonstrukció leginkább néhány tucat kilowattóra nagyságrendben lenne alkalmas, például egy egyéni otthon megújuló forrásokból történő energiaellátására. Gyors töltésüknek köszönhetően elektromos járművek celláiként is hasznosak lehetnek. Más típusú akkumulátorok, mint például az olvasztott sóelektrolitot, valamint alumínium- és nikkelelektródákat használó, nemrégiben kifejlesztett konstrukció, jobban működhetnének hálózati méretben.

Az alumínium-kén akkumulátorok szabadalmait az Avanti nevű spinoff vállalatnak adták ki, amelynek társalapítója a tervezést leíró tanulmány egyik szerzője. Az első feladat a méretarányos megépítés és a stressztesztek lefuttatása.

Az elmúlt időszakból nem ez az egyik legizgalmasabb akkumulátoros áttörés, amiről beszámoltak: nagy hatásfokú, gyakorlatilag soha el nem romló vanádium-redox (oxidációs-redukciós) cellákat fejlesztettek, valamint ígéretesek a vas-levegő akkumulátorok is.