Uudenlainen pinnoite litium-metalli akuille

10.09.2019

Stanford-uusi-pinnoite-litium-metalli-akuille-300-t.jpgStanfordin yliopiston johtama tutkimusryhmä on kehitellyt uuden pinnoitteen, joka voisi vihdoin tehdä kevyistä litium-metalli -akuista turvallisia ja pitkäikäisiä. Siten niitä saatettaisiin ottaa käyttöön seuraavan sukupolven sähköajoneuvoissa.

Stanfordin ja SLAC:n yhteinen tutkijaryhmä on kehitellyt pinnoitteen, joka poistaa joitakin kyseisen akun ongelmia.

Litiummetalli (Li) -akut ovat houkuttelevia korkean energiatiheytensä vuoksi. Li-metallin jyrkkä reaktiivisuus rajoittaa kuitenkin anodin suorituskykyä, koska pinnalle muodostuu heterogeeninen kiinteiden elektrolyyttien välifaasi (SEI).

Tutkijat esittävät Litium-metalli -anodien stabiloimiseksi monitoimista verkkomaista materiaalia. Sillä saavutetaan dynaaminen, elektrolyyttejä blokkaava ja yksittäisiä ioneja johtava keinotekoinen SEI, joka vakauttaa litium-metallisen anodin.

Kehittämäänsä välifaasiverkostoon tutkijat integroivat ensimmäistä kertaa yhteen matriisiin kaikki tavoitellut ominaisuudet. Sellaisia ovat yhdenmukainen suojaus, nopea Li+-ionien kuljetus ja haitallisten loisreaktioiden lieventäminen.

Tuloksena olevan materiaalin, dynaamisen, yhden ionin johtavan verkon, havaitaan parantavan huomattavasti Li-metallin suorituskykyä kaupallisessa karbonaattielektrolyytissä.

Suora litiummetallin prosessoitavuus mahdollistaa käytännöllisen soveltamisen. Tutkijoiden mukaan työ tarjoaa yksityiskohtaisen strategian keinotekoisen SEI:n suunnittelulle ja korkean suorituskyvyn mahdollistamiseksi litium-metalli -akussa.

Laboratoriokokeissa pinnoite pidensi akun käyttöikää huomattavasti. Se käsitteli myös palamiskysymystä rajoittamalla suuresti dentriittien kasvua. Ne ovat estäneet litiummetalliakkujen käytön seuraavan sukupolven sähköajoneuvoissa.

Litiummetalliakuilla voi olla ainakin kolmanneksella enemmän tehoa painoa kohti kuin litium-ioni akuilla ja ne ovat huomattavasti kevyempiä, koska ne käyttävät kevyttä litiumia anodilla raskaamman grafiitin sijasta.

Stanfordin ja SLAC:n yhteistyöryhmä testasi päällystettään tavallisen litium-metalli akun anodilla, jollaisessa dendriitit yleensä muodostuvat. Lisäksi he yhdistivät erityisesti päällystetyt anodinsa muihin kaupallisesti saataviin komponentteihin täysin toimivan akun rakenteeksi.

Kokeillun 160 syklin jälkeen heidän litiummetallikennot tuottivat edelleen 85 prosenttia tehosta, jonka ne tuottivat ensimmäisessä syklissä. Tavanomaiset litiummetallikennot tuottavat vain noin 30 prosenttia näin useiden jaksojen jälkeen, mikä tekee niistä melkein hyödyttömiä.

Uusi päällysteemme tekee litiummetalli akuista vakaan ja lupaavan jatkokehitykselle. Vaikka käyttö sähköajoneuvoissa voi olla perimmäinen tavoitteemme, kaupallistaminen alkaisi todennäköisesti kulutuselektroniikan parissa akun turvallisuutta korostaen," toteavat tutkijat yhteisessä tiedotteessaan.

Aiheesta aiemmin:

Uusi anodi ja katodi litiumakuille

Uudella elektrolyytillä ilman oikosulkuja
17.02.2020Kubitteja keinoatomeista
14.02.2020Kohinalla hehkuttaen
14.02.2020Tehokkaampia sähkökatalyyttisiä reaktioita
12.02.2020Elektroninen nenä MOF-materiaaleista
11.02.2020Uudenlainen elektrodirakenne tehokkaimille akuille
10.02.2020Kvanttitiedonsiirtoa nykyisissä kuituverkoissa
07.02.2020Uusi kvasihiukkanen löydetty: Pi-ton
06.02.2020Resonaattorit hidastavat valoa
05.02.2020Nanoputkien rullasta uudenlaista materiaalia
04.02.2020Tehokkaampaa terahertsitaajuuksien ilmaisua

Siirry arkistoon »