Kaliummetalli akun vaihtoehdoksi litiumille

Kun turvallisen, tehokkaan energian varastoinnin kysyntä kasvaa jatkuvasti, niin myös vaatimus lupaavista vaihtoehdoista litium-ioni-akuille, jotka ovat hallitseva tekniikka nykyään.

Huoli litiumin ja muiden tarvittavien materiaalien niukkuudesta on saanut monet tutkijat etsimään vaihtoehtoja, kuten natriumia ja kaliumia. Erityisesti niillä voisi olla kysyntää sähkön jakeluverkkoon kytketyissä akuissa.

Litiumin korvaaminen runsaammalla materiaalilla, kuten kaliumilla, voisi auttaa meitä kehittämään ympäristöystävällisempää energialähdettä.

Rensselaer Polytechnic Instituten tutkijat osoittavat, miten he voivat voittaa erityisesti metalliakuissa ilmenevän dentriittien ongelman.

Jos tutkijat korvaisivat litiumkobolttioksidin kaliumkobolttioksidilla, suorituskyky heikkenee koska kalium on suurempi ja raskaampi alkuaine ja siksi vähemmän energiatiheä. Sen sijaan Rensselaer-tiimi pyrki parantamaan kaliumin suorituskykyä korvaamalla grafiittianodin kaliummetallilla.

"Suorituskyvyn suhteen tämä voisi kilpailla perinteistä litiumioniakun kanssa", sanoi professori Nikhil Koratkar ja tutkimuksen vetäjä.

Vaikka metallielektrodiin perustuvat akut ovat osoittaneet suurta lupausta, niitä vaivaa dentriittien kertyminen anodille.

Käyttämällä akkua suhteellisen korkealla lataus- ja purkausnopeudella he voivat nostaa akun sisäistä lämpötilaa hallitusti ja rohkaista dendriittejä itsekorjaantumisen pois anodilta.

Hallittu lämpötilan nousu akussa ei sulata kaliummetallia, mutta se auttaa aktivoimaan pinnan diffuusiota, joten kaliumatomit liikkuvat sivusuunnassa luomansa "kasan" päältä ja tasoittavat dendriittiä tehokkaasti.

"Tällä lähestymistavalla ajatuksena on, että kun akkua ei käytetä, akun hallintajärjestelmä soveltaa paikallista lämpöä aiheuttamaan dendriittien itsekorjauksen", Koratkar sanoi.

Koratkar ja hänen tiiminsä osoittivat aikaisemmin samanlaista itsekorjausmenetelmää litiummetallilla, mutta havaittiin, että kaliummetalli vaati paljon vähemmän lämpöä itsekorjauksen ajamiseksi. Koratkar sanoi, että lupaava havainto tarkoittaa, että kaliummetalliakku voi olla tehokkaampi, turvallisempi ja käytännöllisempi.

"Haluan nähdä paradigman siirtymisen metalliakkuihin", Koratkar sanoi. ”Metalliparit ovat tehokkain tapa rakentaa akku; tämän dendriittiongelman vuoksi ne eivät ole kuitenkaan olleet toteutettavissa. Kaliumin suhteen olen toiveikkaampi.”

Aiheesta aiemmin: Kierrätystä ja palonestoa