Elektrodeina pii ja rikki

02.01.2018

UCR-tays-kenno-pii-rikki-akku-300-t.jpgKalifornian yliopiston, Riverside's Bourns College of Engineering tutkijat ovat kehittäneet uudenlaisen tekniikan luoda korkean suorituskyvyn litiumioniakkuja rikki- ja piielektrodien avulla.

Entistä tehokkaammille akuille pii on lupaavia anodiehdokas, koska sillä on jopa kymmenkertainen kapasiteetti grafiittianodeihin verrattuna. Rikki on puolestaan lupaava katodikandidaatti, jolla on kuusinkertainen nykyisten katodien kapasiteetti.

Näihin elektrodeihin perustuvat litiumionikennot ovat yksi tutkituimpia potentiaalisia järjestelmiä. Kuitenkin sen toteutukset ovat olleet monimutkaisia.

Nyt tutkijaryhmä testasi uutta lähestymistapaa litiumin sisältävän rikki-pii kennon (sulfur-silicon full cells SSFC) luomiseksi. He lisäsivät palan litiumfoliota kennoarkkitehtuuriin niin, että samalla mahdollistettiin kontakti litiumfolion ja virrankeräimen välillä.

"Puolikennoissa käytetään anodina puhdasta litiumia, mikä nostaa esiin turvallisuuskysymyksiä, kuten dentriittien muodostumista ja litiumkorroosiota. Täyskennossa käytetään sen sijaan piitä anodina, mikä lievittää puhtaiden litium-anodien aiheuttamia turvallisuusongelmia säilyttäen akun tavoitellun korkean kapasiteetin", toteaa URC:n jatko-opiskelija Rachel Ye.

Rikki ja pii ovat ympäristöystävällisiä ja runsaita materiaaleja ja niillä on potentiaalia edullisiin valmistuskustannuksiin.

Tavoiteltujen SSFC-rakenteiden suurin rajoitus on litiumin lähde. Tällä hetkellä tutkijat hyödyntävät esilitioituja materiaaleja kuten litiumsulfidia tai litiumsilisidiä. Niihin perustuvat kennot kärsivät kuitenkin lyhyistä syklisestä eliniästä ja vaativat materiaalien erikoiskäsittelyä.

Uudessa ratkaisussa päädyttiin helpompaan tapaan. Kuvassa esitetyllä tavalla piielektrodi on kuvioitu luomaan litiumfoliolle liitokset sekä piielektrodille että virtakeräimeen.

Purkauksen aikana litiumfolion pinta-ala, jolla on suora pääsy ulkoiseen piiriin piinanodin rinnalla, toimii litiumin lähteenä. Näin litiumioneja siirtyy katodille elektrolyytin läpi ja elektronit kulkevat katodille ulkoisen piiriin kautta. Varauksessa litiumionien pelkistävän ominaisuuden vuoksi ne reagoivat mieluummin piinanodin kanssa sen sijaan, että liittyisivät litiumpalaan.

Toimintajaksojen määrän lisääntyessä litium, jolla ei ole suoraa pääsyä ulkoiseen piiriin saa myös pääsyn elektroneihin pii-anodin kautta ja integroituu vähitellen järjestelmään. Tämä johtaa kapasiteetin lisääntymiseen.

Uusi täyden kennon SSFC konfiguraatio seuraavan sukupolven litiumioniakuille osoittaa 350 Wh/kg:n energiatiheyttä yli 250 syklillä ja C/10-toimintatavalla.

Tutkimusjulkaisu Advanced Sulfur-Silicon Full Cell Architecture for Lithium Ion Batterieskokonaisuudessaan netissä.
23.04.2018Nopean elektroniikan hukkalämpö sähköksi
20.04.2018Uusi anodi ja katodi litiumakuille
19.04.2018Tera- ja petabittistä datansiirtoa kuiduissa
18.04.2018Bioantureita kuparista ja grafeenioksidista
16.04.2018Fotoniikalla vauhdittaen
13.04.2018Uusia ulottuvuuksia suprajohteille
12.04.2018Kohina tehostaa heikkoja signaaleja
11.04.2018Läpimurtoja atominohuissa magneeteissa
10.04.2018Magnesium-metalli -akulle uusi tie
09.04.2018Muovi ja virukset lämmönjohteiksi

Siirry arkistoon »