Uudenlaista kemiaa litiumakuille

31.03.2020

Tokio-fluori-elektrolyytti-litium-ioni-akuille-275-t.jpgTFEP-molekyylin eri osat vastaavat erilaisista parannuksista akkukemiaan.

Ensimmäistä kertaa tutkijat, jotka tutkivat sähkön varastoinnin fysikaalisia ja kemiallisia ominaisuuksia, ovat löytäneet uuden tavan parantaa litium-ioni-akkuja.

Tutkijat lisäsivät menestyksekkäästi litium-ioni-akun jännitteenantoa mutta myös sen kykyä tukahduttaa vaaralliset olosuhteet, jotka vaikuttavat nykyisessä akkuvalikoimassa.

Tokion yliopiston teknillisen korkeakoulun ja tutkijakoulun tutkijat keksivät tavan parantaa akkujen turvallisuutta ja tarjota enemmän varausta.

”Akun jännitettä rajoittaa sen elektrolyyttimateriaali. Litium-ioni-akkujen elektrolyyttiliuotin on edelleen sama, jolla akut kaupallistettiin 1990-luvun alkupuolella”, professori Atsuo Yamada toteaa yliopistonsa tiedotteessa.

”Ajattelimme, että parantamisen varaa on ja löysimme sen. Uusi fluorattu syklisen fosfaatin liuottimen (TFEP) elektrolyytti ylittää huomattavasti nykyisen etyleenikarbonaatin (EC), jota nykyään käytetään laajalti akuissa."

EC on tunnetusti syttyvä ja epästabiili yli 4,3 voltin alueella; Toisaalta TFEP on palamaton ja sietää suurempia jännitteitä, jopa 4,9 volttia. Tämä ylimääräinen jännite muuten samankokoisessa pakkauksessa voi tarkoittaa, että akut voivat kestää kauemmin, ennen kuin ne tarvitsevat uuden latauksen.

Tämä työ avaa uusia rajoja elektrolyyttien kehityksessä kohti turvallisempia litium-ioniakkuja, joilla on korkeammat energiatiheydet.

Myös Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) tutkijoiden uusin työ esittelee elektrolyyttiä, jossa käytetään fluori-atomeja sisältävää liuotinta.

Tutkijoiden tavoitteena ovat suuremman kapasiteetin omaavat litium-metalli-akut, joissa anodilla käytetään litiummetallia. Ongelmana on kuitenkin litiummetallin vakaus ja dentriitit.

Tutkimusryhmä UNIST:n energia- ja kemiantekniikan korkeakoulusta, on kehittänyt ionirikaste-elektrolyytin, joka käyttää fluoriatomeja sisältävää liuotinta. Näin tämä elektrolyytti muodosti tasaisen suojakalvon litiummetalliakun sekä negatiiviselle että positiiviselle elektrodille lisäämällä koko akun käyttöikää ja tehoa.

Fluori reagoi litiumin kanssa suojakalvon muodostamiseksi litiumelektrodin pinnalle ja se myös korjautui kun suojakalvo tuhoutui osittain.

Menetelmä mahdollistaa korkeajännitteisten, pitkäikäisten litiummetalliakkujen toteuttamisen, jollaista ei ole saatavilla tavanomaisten litium-ioni-akkujen elektrolyyteillä.

Aiheesta aiemmin: Kierrätystä ja palonestoa

21.04.2021Fotoninen MEMS-kytkin kaupallistuu
20.04.2021Kaksiulotteista suprajohtavuutta kolmiulotteisessa suprajohteessa
19.04.2021Valoa läpi kannon ja kiven
16.04.2021Grafeeni ja terahertsit
15.04.2021Eksotiikkaa maagisen kulman grafeenissa
14.04.2021Uusi näkemys akkumateriaalin roolista
13.04.2021Alumiinianodi tarjoaa kestävän vaihtoehdon
12.04.2021Maailman nopein spintroninen p-bitti
09.04.2021Kohti atomipohjaista radioviestintää
08.04.2021Antiferromagneettinen läpimurto

Siirry arkistoon »