Läpimurtoja litium-happi akun tutkimuksissa

Science-lehdessä esitetty kaavio uusimmista litium-happi akkujen tekniikoista.

Waterloon yliopiston kemistit ovat menestyksekkäästi ratkaisseet kaksi litium-happi -akkuja koskevaa haasteellisinta ongelmaa. Tutkimusprosessissa syntyi akku, jolla on lähes sataprosenttinen coulombinen tehokkuus.

Uusi tutkimus osoittaa, että neljän elektronin konversio litium-happi sähkökemialle on erittäin palautuva. Tiimi on ensimmäinen, joka saavuttaa neljän elektronin muunnoksen, mikä kaksinkertaistaa litium-hapen elektronivarastoinnin, akuissa joita kutsutaan myös litium-ilma akuiksi.

Toimiakseen kehitetty akku vaatii 150 Celsius-asteen käyttölämpötilan. Tutkimus on kuitenkin käsitellyt perusongelmia, joita tutkijat ovat yrittäneet ratkaista pitkään," toteaa tutkimusjohtaja Linda Nazar.

Litium-happi (Li-O2) -akkujen korkea teoreettinen energiatiheys ja niiden suhteellisen kevyt paino ovat tehneet niistä erittäin tutkitun aiheen. Mutta ongelmat akun kemian ja vakauden suhteen ovat pitäneet aiheen akateemisena kuriositeettina.

Vuonna 2016 Giordani ja kumppanit tutkivat sulasuolaan perustuvia litium-ilma akkuja ja saivat aikaan menetelmän, joka mahdollistaa ladattavan Li-O2-akkukemian käyttämällä epäorgaanisia sulasuoloja elektrolyytteinä. Menetelmällä saavutettu Li-O2 sähkökemian kaksisuuntaisuus oli aikanaan ennennäkemätön.

Nyt Waterloon Nazar ja hänen kollegansa tukeutuivat myös sulasuolaan ja vaihtoivat huokoisen hiilikatodin kaksitoimiseen metallioksidikatalyyttiin. Akun toimiessa 150 °C:ssa, he havaitsivat, että vakaampaa Li2O:ta muodostuu Li2O2:n sijasta. Tämä johtaa erittäin hyvin kaksisuuntaisesti toimivaan Litium-happi akkuun, jonka coulombinen tehokkuus on lähes sata prosenttia.

Varastoimalla O2:n litiumoksidiksi (Li2O) litiumperoksidin (Li 2O2) sijasta akulla ei ole vain erinomaisia varausominaisuuksia, vaan se saavutti järjestelmässä maksimin neljän elektronin siirron, mikä lisäsi teoreettista energian varastointia 50 prosenttia.

Aiheesta aiemmin:

Uusi suunnitelma litiumilma-akusta