Piitä litium-akkuihin17.05.2012 Tutkijat ovat jo pitkään yrittäneet parantaa litium-pohjaisia akkuja korvaamalla toisen elektrodin grafiitin piillä, johon mahtuu 10 kertaa enemmän varausta. Mutta jo muutaman lataus/purku-syklin jälkeen piin rakenne halkeilee ja murentuu ja tekee akun hyödyttömäksi. Nyt ryhmä, jota johti materiaalitutkija Yi Cui Stanfordin yliopistosta ja SLAC-tutkimuslaitoksesta ovat löytäneet ratkaisun. He ovat kehittäneet kaksiseinämäisen piinanorakenteen joka kestää yli 6000 lataus/purkaus-jaksoa. Litium-ioni-akkuja käytetään laajasti laitteissa sähköautoista kannettavaan elektroniikkaan, koska ne voivat varastoida suhteellisen paljon energiaa suhteellisen kevyeen pakettiin. Piitä haluttaisiin käyttää anodina koska jopa neljä litium-ionia sitoutuu kuhunkin piianodin atomiin kun nykyisien grafiittianodien jokaista kuutta hiiliatomia kohden sitoutuu vain yksi litiumioni. Kuitenkin piianodi turpoaa latauksessa jopa nelinkertaiseksi sen alkuperäisestä tilavuudesta ja purkauksessa se taas kutistuu. Näin piimateriaali murenee ja pilaa akun. Lisäksi, jotkin elektrolyytit reagoivat piin kanssa niin, että siihen syntyy latauksen ehkäisevä pinnoite. Cuin ryhmän nyt kehittämä rakenne koostuu kaksiseinäisestä piinanoputkesta, joka on päällystetty ohuella kerroksella piioksidia, joka on erittäin kova keraaminen materiaali. Uudenlainen piinanoputkianodi tehdään nelivaiheisella prosessilla: Polymeerinanokuidut poltetaan hiileksi, jonka pintaan kerrostetaan piitä. Lopuksi, lämpökäsittely poistaa hiilen ja tuottaa putken pintaan oksidikerrokseen. Tämä vahva ulompi kerros estää nanoputken ulkoseinän laajenemisen, jotta se pysyy ehjänä. Sen sijaan, pii turpoaa harmittomasti osaksi onttoa sisäosaa, joka on niin pieni että elektrolyytin molekyylit eivät pääsevät sinne. Jatkotutkimuksen tavoitteena on yksinkertaistaa kaksiseinämäisten piinanoputkien valmistusprosessia. Ryhmän toiset jäsenet kehittävät uusia tehokkaampia katodeita, jotka yhdessä uuden anodin kanssa muodostaisivat akun, jolla on viisinkertainen suorituskyky tämän päivän litium-ioni-tekniikkaan verrattuna. Vuonna 2008 Cui perusti Amprius nimisen yrityksen, jolle on lisensoitu oikeudet Stanfordin patentteihin ja hänen piinanojohdin anoditekniikkaan. Sen lähiajan tavoitteena on tuottaa akkuja, joilla on kaksinkertainen energiatiheys tämän päivän litium-ioni-akkuihin verrattuna. |
Nanotekniikka on tulevaisuuden lupaus. Näillä sivuilla seurataan elektroniikkaa sekä tieto- ja sähkötekniikkaa sivuavia nanoteknisiä tiedeuutisia.