Happihyppelyä Li-Ion akuille

Etsittäessä radikaalisti parempaa litiumioniakkua, lupaava suunta on niin sanottu "litium-rikas" katodi, jossa katodi sisältää suuremman osuuden litiumia kuin normaalisti.

Vaikka näin on mahdollista saada paljon suurempi energiatiheys, tutkijoilta on puuttunut aiheen kemiallisesta prosessista selkeä kuva, erityisesti hapen roolista.

Nyt Berkeley Labin tutkijat raportoivat huomattavaa edistystä ymmärtää, miten hapen hapettuminen luo lisäkapasiteettia katodeille.

Tavanomaisen litiumioni -akun katodimateriaali sisältää litiumia ja siirtymämetallia, kuten nikkeliä tai kobolttia. Litium-rikkaassa katodissa litiumin osuutta on kasvatettu. Koska siirtymämetallit ovat raskaita ja myös kalliita niiden määrän vähentäminen olisi suuri etu. Akku voisi olla muutoksen myötä myös halvempi ja kevyempi.

Kokeellisesti on jo monta kertaa osoitettu, että litium-rikas katodimateriaali voi tuottaa noin 50 prosenttia suuremman energiatiheyden kuin nykyisien litiumakkujen katodimateriaalit.

Ongelmana on ollut, että tutkijoilta on puuttunut selkeä käsitys hapen roolista. litium-rikkaan katodin kemiassa. Normaalisti kun akku on ladattu ja purkautuu, katodin siirtymämetalli hapettuu ja vapauttaa elektroneja.

"Mitä me ja muut olemme väittäneet viime aikoina on, että voit ottaa elektronin hapelta ja laittaa sen takaisin, mikä on melko radikaalia. Se on merkittävä idea tälle katodirakenteelle" toteaa tutkimusta johtanut Gerbrand Ceder.

Ceder ja muut tutkijat ovat spekuloineet kiistanalaisesta hapen roolista katodilla yli 15 vuotta. "Nyt tämä tutkimustyö on suuri käsitteellinen läpimurto meille."

Tällä hetkellä on olemassa vain kolme siirtymämetallia - koboltti, nikkeli ja mangaani – joita käytetään useimmissa kaupallisissa katodeissa. Tämä rajallisuus ja niiden saatavuus on johtanut siihen, että yli 45 prosenttia maailman koboltista siirtyy nyt litium-ioni-akkuihin, Ceder toteaa.

Havaintojen avulla tutkijat voivat lähestyä akun suunnittelua järkevämmin. Nyt tiedämme kuinka manipuloida siirtymämetallia ja hapen hapettumista. Se myös antaa heille enemmän vaihtoehtoja. "Voimme nyt käyttää 15 tai 20 eri siirtymämetallia" toteaa Ceder tutkimuslaitoksensa tiedotteessa.

Aiheesta aiemmin:

Uutta toivoa litium-ilma akulle