Parempaa energiatiheyttä litiumakkuun

Columbia Engineeringin tutkijat ovat kehittäneet uuden menetelmän lisätä litium-akkujen (Li-ion) energiatiheyttä.

He ovat rakentaneet kolmikerroksisen rakenteen, joka on vakaa jopa normaalissa ilman alassa, mikä tekee akun sekä pitkäikäisemmäksi että halvemmaksi valmistaa.

Kun litiumakkuja ladataan ensimmäistä kertaa, ne menettävät 5-20% energiasta heti ensimmäisessä latausjaksossa. Näin koska osa nestemäisestä elektrolyytistä päätyy kiinteäksi haitalliseksi pinnoitteeksi akun negatiiviselle elektrodille. Ensimmäinen lataus tehdään yleensä ennen kuin akut lähtevät tehtaalta, mutta se on peruuttamaton ja pienentää akkuun varattavissa olevaa energiaa.

Menetys on noin 10% nykyisillä elektrodeilla, mutta voi nousta jopa 20-30% seuraavan sukupolven suuren kapasiteetin negatiivisilla elektrodeilla kuten piillä, mikä johtuu niiden suuresta pinta-alasta ja tilavuuden muutoksesta.

Perinteinen tapa kompensoida tätä menetystä on ollut käyttää tiettyjä litium-rikkaita materiaaleja elektrodissa. Kuitenkin suurin osa näistä aineista on epävakaita ilmassa. Akkujen valmistus täysin kuivassa ilmassa on kallis prosessi.

Columbian tutkijoiden kehittämä kolmikerroksinen elektrodirakenne mahdollistaa valmistaa litiumpitoista akkuanodeja normaalissa ilmanalassa. Näissä elektrodeissa litiumkerros on suojattu PMMA-polymeerilla, mikä estää litiumin reagoimasta ilman ja kosteuden kanssa.

Lisäksi PMMA on päällystettyä sellaisilla aktiivisilla aineilla kuten keinotekoinen grafiitti tai piin nanohiukkasilla. PMMA liukenee elektrolyyttiin ja grafiittikontaktit litiumin kanssa kompensoivat elektrolyytin heikkenemistä.

Menetelmä alensi kapasiteetin menetystä grafiittielektrodeilla 8%:sta 0,3%:iin ja piielektrodeilla 13%: sta -15%:iin. Negatiivinen 15 prosenttia osoittaa, että kennossa oli enemmän litiumia kuin tarvitaan, ja extra-litiumia voidaan käyttää edelleen parantamaan akun syklistä kestoa, koska ylimääräinen voi kompensoida kapasiteetin menetystä seuraavilla jaksoilla. Kaiken kaikkiaan saavutus voi parantaa litium-akun energiatiheyttä 10-30%.