Parempi akku horisontissa

Texas A&M:n yliopiston kemisti Sarbajit Banerjeen johtama tutkijoiden ryhmä on löytänyt poikkeuksellisen metallioksidisen magnesiumakun katodimateriaalin, joka siirtää tutkijat askeleen lähemmäksi akkuja, jotka lupaavat suuremman energian varastoinnin tiheyden sekä turvallisuuden, kustannukset ja suorituskyvyn verrattuna litium-ioni (Li-ion) akkuihin.

Ironista kyllä, tiimin futuristinen ratkaisu riippuu vanhan li-ionin katodimateriaalista, vanadiinipentoksidin uudistetusta muodosta, joka pystyy palauttamaan magnesiumionien reversibiliteetin.

Käyttäeen yhtä maailman tehokkaimmista pehmeistä röntgenmikroskopioista (STXM) ja parhaimpia elektronimikroskooppeja Banerjee sekä Lawrence Berkeleyn kansallisen laboratorion, UIC:n ja Argonne National Laboratoryn yhteistyökumppanit pystyivät tarkkailemaan vanadiinipentoksidinsa ainutlaatuisia sähköisiä ominaisuuksia ja osoittamaan suoraa magnesium-ionien interkalaatiota materiaaliin.

Magnesium-ioni-teknologia on erittäin turvallinen kuluttajien sovelluksiin ja lisäksi, koska magnesiumionit luovuttavat kaksi elektronia per ioni sillä on kaksinkertainen varauskyky.

Tämä kaksinkertainen varauskyky on ollut myös aiempien ongelmien perusta. Magnesiumionien korkeammat varaukset saavat ne myös kiinnittymään vahvemmin ympäröivien atomien kanssa. Tästä johtuva hidas liike ei oikein edistä elinkelpoisen magnesiumakun tekoa.

Tutkijoiden kehittämässä uudessa materiaalissa magnesium liikkuu hilan läpi vähemmän takerrellen. Tuloksena magnesium-ionien edestakainen interkalaatio oksidihilassa. Se tuottaa korkeamman jännitteen ja kapasiteetin sekä hyvän palautuvuuden moniarvoiselle katodille.

"Vaikka tämä tutkimus on antanut paljon tietoa, on olemassa vielä useita muita perustavaa laatua olevia ongelmia ennen kuin magnesiumakut tulevat todellisuudeksi", toteavat tutkijat.

Kuvassa uudelleen suunniteltu metastabiili faasi vanadiinipentoksidia (V2O5) osoittaa, epätavallista suorituskykyä katodimateriaalina magnesium-akuille. Kuvassa verrattu V2O5:n perinteisiä ja metastabiileja rakenteita.