Litiumakuille pidempiä ajomatkoja?

Uudenlainen katodi on suunniteltu helpottamaan litium-ilma -akun purkamisen ja varaamisen prosesseissa tarvittavia hapen ottoa ja vapautumista.

Korealaisen Daegu Gyeongbuk Institute of Science & Technologyn (DGIST) -tutkijoiden johdolla on parannettu litium-ilma -akkujen suorituskykyä tuomalla lähemmäksi sähköautot, joissa voisi käyttää ilman happea akun katodilla.

Litium-ilma -akuilla on monia haasteita, ennen kuin niitä voidaan markkinoida. Esimerkiksi, niistä ei voi purkaa energiaa yhtä nopeasti kuin litiumioniakuista. Ne ovat myös vähemmän vakaita ja niitä olisi vaihdettava useammin.

Kemisti Sangaraju Shanmugam ja hänen kollegansa keskittyivät tutkimuksessaan litiumilma-akkujen kapasiteetin parantamiseen katalysoiden litiumionien ja hapen välisiä reaktioita, jotka helpottavat energian vapautumista ja latausprosessia.

Litiumilma-akuissa litiumionien ja hapen väliset reaktiot tapahtuvat katodilla. Tutkijatiimi kehitti katodin, joka on tehty nikkelikobolttisulfidin nanohiutaleista, jotka asetettiin huokoiseen grafeeniin, joka oli seostettu rikillä.

Ratkaisussa grafeenin erikokoiset huokoset antoivat paljon tilaa kemiallisille reaktioille ja nikkelikobolttisulfidikatalyytin hiutaleilla on runsaasti aktiivisia kohtia näille reaktioille. Hiutaleet muodostavat myös suojakerroksen, joka tekee elektrodista lujemman. Lopuksi grafeenin seostaminen rikillä ja sen huokosten yhteenliitettävyys parantaa sähkövarausten kulkua akussa.

Mutta työ jatkuu vielä. "Kun olemme turvanneet akun kaikkien osien ydinteknologiat ja yhdistäneet ne, on mahdollista aloittaa prototyyppien valmistus", Shanmugam toteaa yliopistonsa tiedotteessa.

Rice Universityn laboratorio testaa puolestaan litiumioni -akkujen kennoja piianodeilla ja alumiinioksidipäällystetyillä katodeilla

Tavanomaisissa litiumioni -akuissa käytetään grafiittipohjaisia anodeja, joiden kapasiteetti on alle 400 milliampeerituntia grammaa kohti (mAh/g). Piianodien potentiaali olisi kymmenkertainen mutta piin laajeneminen pilaa idean. Nyt tätä haittavaikutusta eliminoitiin tekemällä pii huokoiseksi ja rajoittamalla sen kapasiteettia 1 000 mAh/g:aan, jolloin testiakut tarjosivat vakaan syklisyyden ja silti erinomaisen kapasiteetin.

Tutkijaryhmä testasi huokoisia suurikapasiteettisia piianodeja korkeajännitteisen nikkelimangaanikobolttioksidikatodien parina. Näillä täystoimisilla litiumioni -akuilla saavutettiin vakaa työjaksokapasiteetti 1000 mAh/g satojen toimintajaksojen ajan.

Katodien suojaamiseksi he onnistuivat käyttämällä alumiinioksidia tavalla, jossa se absorboi itsensä litiumkylläiseksi. Siinä vaiheessa kerroksesta tulee katalyytti litiumin nopeaan kuljettamiseen katodiin ja katodilta.

Aiheista aiemmin:

Läpimurtoja litium-happi akun tutkimuksissa

Kävisikö pii sittenkin akkuanodiksi