Uudet materiaalit kestäville ja edullisille akuille

Lupaava uusi ehdokas sähkön tilapäiselle varastoinnille on alumiiniakut, jotka on valmistettu edullisista ja runsaista raaka-aineista.

Zurichin ja Empan tutkijat ovat tunnistaneet kaksi uutta materiaalia, jotka voivat saada aikaan merkittäviä edistysaskeleita alumiiniakkujen kehittämisessä. Ensimmäinen on korroosionkestävä materiaali akun johtavia osia varten; toinen on uusi materiaali akun positiiviselle navalle.

Koska alumiiniakkujen elektrolyyttineste on erittäin aggressiivinen ja korrosioi ruostumatonta terästä ja jopa kultaa ja platinaa, tutkijat etsivät korroosionkestäviä materiaaleja näiden akkujen johtaville osille. Nyt tutkijat ovat löytäneet etsimänsä titaaninitridistä, keraamisesta materiaalista, jolla on riittävän suuri johtokyky. "Tämä yhdiste koostuu erittäin runsaista elementeistä titaania ja typpeä, ja sitä on helppo valmistaa", selittävät tutkijat.

Tutkijat ovat onnistuneesti valmistaneet alumiinipareja titaaninitridistä valmistetuilla johtavilla osilla laboratoriossa. Materiaali voidaan helposti valmistaa ohuiden kalvojen muotoon ja myös pinnoitteena muihin materiaaleihin, kuten polymeerikalvoihin.

Tutkijat uskovat, että olisi myös mahdollista valmistaa johtimet tavanomaisesta metallista ja päällystää ne titaaninitridillä tai jopa tulostaa titaaninitridiset johteet muoville. "Materiaalia voitaisiin käyttää myös muun tyyppisissä akuissa; esimerkiksi magnesiumin tai natriumin tai korkeajännitteisten litium-ioniakkujen parissa", toteaa tutkimuksia johtanut Maksym Kovalenko.

Tutkijoiden toista uutta materiaalia voidaan käyttää alumiiniparien positiiviselle elektrodille. Koska näiden parien negatiivinen elektrodi on valmistettu alumiinista, positiivinen elektrodi on yleensä tehty grafiitista. Nyt Kovalenko ja hänen tiiminsä ovat löytäneet uuden materiaalin, joka kilpailee grafiitin kanssa sen energiamäärän suhteen, jonka akku pystyy tallentamaan.

Kyseessä oleva materiaali on polypyreeni, hiilivety, jossa on ketjun kaltainen (polymeerinen) molekyylirakenne. Kokeissa näytteet materiaalista - erityisesti ne, joissa molekyyliketjut kokoontuvat häiriöttömästi - osoittautuivat ihanteellisiksi. "Molekyyliketjujen välillä on paljon tilaa. Tämä sallii elektrolyyttinesteen suhteellisen suurien ionien tunkeutua ja varaamaan elektrodimateriaalin helposti.

Yksi polypyreeniä sisältävistä elektrodien eduista on se, että tutkijat pystyvät vaikuttamaan niiden ominaisuuksiin, kuten huokoisuuteen. Materiaali voidaan siten sovittaa täydellisesti tiettyyn sovellukseen. "Sitä vastoin tällä hetkellä käytetty grafiitti on mineraali. Kemiantekniikan näkökulmasta sitä ei voida muuttaa, Kovalenko sanoo.

Aiheesta aiemmin:

Akkuja alumiinista ja polymeeristä