Pieniä mutta kiinnostavia akkuratkaisuja

Toistuva lataaminen ja purkaminen kuitenkin aiheuttavat litiumin epätasaisen kerrostumisen kuparifoliolle, jolloin siitä kasvaa dendriittejä. Litiumin päällä oleva suojakerros muuttuu myös epävakaaksi. Tämä on yksi merkittävimmistä esteistä anodittomien akkujen kaupallistamiselle.

Joissakin aiemmissa lähestymistavoissa anodittomien akkujen käyttöiän pidentämiseksi on käytetty ylimääräistä korvauslitiumia tai paksun suojakerroksen levittämistä sen pinnalle. Mutta ne lisäävät akun painoa ja kokoa.

Lisäpainon ja -tilavuuden minimoimiseksi KAISTin vetämä tutkimusryhmä muokkasi kuparifoliota, jolle litium kerrostuu. Tiimi loi kuparin pinnalle joukon mikroskooppisia putkimaisia pystyrakenteita, jotta litium leviää ja kerrostuu tasaisesti sen sijaan, että se keskittyisi yhteen kohtaan.

Puolijohteiden tarkkaan mikrotyöstöön tarkoitetulla tekniikalla tuotettiin noin halkaisijaltaan 300 ja korkeudeltaan 150 nanometrisiä pystyputkia kuparifoliolle, mikä lisäsi litiumin kerrostukseen käytettävissä olevan pinta-alan noin nelinkertaiseksi.

Lisäksi tiimi päällysti kuparifolion noin 10 nanometrin paksuisella MXene-kerroksella. MXene toimii pohjusteena, joka vetää yhteen suojan muodostamiseen tarvittavat komponentit. Tutkimuksessa käytetyssä LiPF6-pohjaisessa elektrolyytissä MXene-pinta edistää kestävän, litiumfluoridia (LiF) sisältävän suojakerroksen muodostumista akun käytön aikana.

Korealaisen Hanbatin yliopiston tutkijat ovat puolestaan kehitelleet uudenlaisen akkuerottimen nopeaa latausta ja purkamista varten suuren energiatiheyden akuissa

Litiummetalliakut yhdessä korkean nikkelipitoisuuden omaavien katodien kanssa tarjoavat lupaavan reitin kohti korkeamman energiatiheyden omaavaa energian varastointia, mutta nopean lataus- ja purkausprosessin saavuttaminen vakaan toiminnan säilyttäen on edelleen haastavaa.

Hanbatin tutkijat kehittivät bikitaiittia sisältävän selluloosaerottimen, joka parantaa merkittävästi korkean energiatiheyden omaavien NCM90-katodien suurta latausnopeutta ja samalla vakauttaa litiummetallianodia. 4C-purkausnopeudella NCM90-katodi saavutti 42 %:n parannus perinteisiin polyeteenierottimiin verrattuna. Parantunut ionikuljetus ja rajapinnan stabiilius näkyivät myös pitkäaikaisessa sähkökemiallisessa suorituskyvyssä.

”Toiminnallisia erottimia ei pidä nähdä vain kahden elektrodin erottavina esteinä tai litiummetallianodin suojana. Ohjaamalla ionien kuljetusta kennon läpi niistä voisi tulla tärkeä suunnitteluelementti, jolla saavutetaan samanaikaisesti korkea energiatiheys ja nopea toiminta seuraavan sukupolven akuissa”, professori Ryou toteaa.

Aiheista aiemmin:

Korkeajännitteiset anodittomat natrium-rikki-akut

Kiinteä elektrolyyttirajapinta uhrautuvan MoS2:n avulla

Transistoroitu erotinkalvo akuille