Kiinteitä kalvoja ja elektrolyyttejä akuille

University of Southern Californian (USC) tutkijat ovat luoneet uuden akkukalvon, joka tehostaa seuraavan sukupolven litium-rikki akkujen elinikää.

Litium-rikki akulla tiedetään olevan parempi energian tallennuskapasiteetti kuin litium-ioni akuilla mutta niiden heikkoutena on lyhyt elinikä.

USC:n tutkijoiden kehittämä "Mixed Conduction Membrane" (MCM) on ei-huokoista materiaalia kahden huokoisen elektrolyytteihin kastetun kerroksen välissä ja ne edelleen kahden elektrodin välissä.

MCM-kalvo vähentää liuenneiden polysulfidien sukkulointia anodin ja katodin välillä, prosessi, joka on tehnyt litium-rikki akkuja käytöstä haasteen. Se kuitenkin mahdollistaa tarvittavan litium-ionien liikkeen.

Testeissä tutkijat huomasivat, että MCM-kalvolla toimivilla litium-rikki akuilla syntyi sata prosenttinen kapasiteetin säilyttäminen ja niillä oli jopa neljä kertaa pidempi elinikä kuin akuilla ilman kyseistä kalvoa.

Varsinainen MCM-kerros on ohut litioitu koboltti-oksidi, mutta tutkijoiden mukaan tulevaisuudessa jokin vaihtoehtoinen materiaali voisi tuottaa jopa parempia tuloksia.

University of Illinoisin kemistit ovat puolestaan kehittäneet superionisen kiinteän elektrolyytin, joka voisi olla perusta seuraavan sukupolven litium-ioni-akuille.

Tulevaisuuden nanoelektroniikassa tarvitaan pieniä akkuja, jotka voidaan laittaa sirulle, mutta silloin ei tule kyseeseen nestemäiset elektrolyytit.

Kemistien kehittämässä kupari-selenidien nanoklustereihin perustuvassa elektrolyytissä yhdistyvät parhaat puolet nestemäisistä ja kiinteistä elektrolyyteistä: Sillä on kiinteän vakaus mutta ionit siirtyvät sen läpi kuin nesteessä.

Kupariselenidin tiedetään olevan superioninen korkeissa lämpötiloissa, mutta sen tietyn kokoiset nanoklusterit ovat superionisia ja semilikvidejä myös huoneen lämpötilassa.

Syynä on se, että paljon suurempi seleeni-ioni muodostaa kidehilan, samalla kun pienemmät kupari-ionit liikkuvat ympäriinsä kuin neste. Tämä kiderakenne on seurausta sisäisestä jännityksestä klustereissa.

Aiheesta aiemmin:

Suoliston ja veren innoittamia akkukeksintöjä