Cambridge-i kutatók komplex kristályszerkezetű anyagokkal kísérletezve megállapították, hogy a lítium-ionok sokkal hamarabb mennek át rajtuk, mint a tipikus elektródaanyagokon. A kísérlet gyorsabban töltődő elemekben konkretizálódhat.

Tipikus ciklusokban használva, a nióbium volfrámoxidok néven ismert anyagok nem eredményeznek nagyobb energiasűrűséget, gyors feltöltési alkalmazásokhoz viszont nagyon jók. Fizikai szerkezetükből és vegyi „viselkedésükből” kutatók kiszámíthatják, hogyan fejleszthetők biztonságos és szupergyorsan töltődő elemek.

A következőgenerációs elemek nem hagyományos anyagokon alapulhatnak – sugallja a kísérletet ismertető tanulmány. Szükség lesz rájuk, mert a mostani elemek nem tartják a lépést a készülékek egyre nagyobb számítási és egyéb kapacitásaival, hamar lemerülnek. Az elmúlt években ugyan többször röppent fel hír ígéretes megoldásokról, de a problémát nem sikerült kezelni, ráadásul új anyagokkal is kevesen próbálkoztak.

Technológiáink hiába olcsóbbak, gyorsabbak és okosabbak, ha az elemek nem változnak. Okostelefonok hamar feltölthetők, de aztán hamar le is merülnek.

Az elemek három komponensből, pozitív és negatív elektródából, valamint elektrolitból állnak. Töltés közben a lítium-ionok a pozitív elektródából a kristályszerkezeten és az elektroliton keresztül a negatív elektródába jutnak. Minél gyorsabb a folyamat, annál gyorsabban töltődik fel az elem.

Új elektródaanyagokhoz általában kisebb részecskékkel próbálkoznak, le akarják rövidíteni a lítium-ionok útját. Nanorészecskékkel azonban nehéz praktikus elemet építeni. Az elektrolit miatt ugyanis nem kívánt kémiai reakciók következnek be, az elem nem tart sokáig, és a fejlesztés is drága.

A brit kutatók ezért döntöttek nanorészecskék helyett akár mikronméretű részecskékkel is működő anyagok mellett. Ezeket az elemeket könnyebb és olcsóbb is előállítani. Bonyolult atomszerkezetük miatt nem foglalkoztak eddig velük, egyedi „szállító” tulajdonságaikat viszont pont ez a komplexitás és a kevert fémösszetétel magyarázza.

Ellentétben a két vagy három kristályszerkezeten alapuló legtöbb elemanyaggal a nióbium volfrámoxid teljesen más. Az oxidokat „oxigénoszlopok” nyitják meg, lehetővé téve a lítium-ionok háromdimenziós mozgását. Ugyanezekkel az oszlopokkal magyarázható, hogy az anyagok merevebbek a többi elemanyagnál. A lítium ionok ezért és az oszlopok nyílt szerkezetéért mozoghatnak gyorsabban.

A kutatók speciális technológiával mérték az ionok oxidokon keresztüli mozgását, ami nagyságrendekkel gyorsabbnak bizonyult, mint a tipikus elektródáknál.