Harppauksia piianodien käyttöönotossa

Piin mikropalloilla on poikkeuksellinen mekaaninen lujuus johtuen hiilinanoputkien lisäämisestä, joka saa palloja muistuttamaan lankapalloja. Vasemmalla oleva kuva esittää lähikuvaa mikropallon osasta, joka on tehty piin nanohiukkasista, jotka on kerrostettu hiilinanoputkille.

Grafiitti on edelleen avaintekijä nykypäivän litiumioniakuissa. Koska riippuvuus näihin akkuihin kasvaa, grafiittipohjaisia elektrodeja on päivitettävä.

Yhdysvaltain energiaministeriön Pacific Northwest National Laboratoryn (PNNL) tutkijat ovat keksineet uuden tavan käyttää piitä energian varastointiaineena.

Pii on houkutteleva, koska se voi pitää kymmenenkertaisen sähkövarauksen grammaa kohti grafiittiin verrattuna. Ongelmana on, että pii laajenee huomattavasti, kun se kohtaa litiumia ja se on liian heikko kestämään elektrodien valmistuksen mekaniikkaa.

Näiden ongelmien ratkaisemiseksi PNNL:n tutkijoiden ryhmä kehitti nanorakenteen, joka rajoittaa piin paisumista ja vahventaa sitä hiilellä.

Piin turpoamista hillitäkseen tutkijat loivat piin huokoisen muodon yhdistämällä pienet piipartikkelit mikropalloiksi, joiden halkaisija oli noin 8 mikrometriä. Siitä luodun elektrodin paksuusmuutos on alle 20 prosenttia, samalla kun siihen mahtuu tyypillisen grafiittianodin varaus kaksinkertaisesti.

Toisin kuin aikaisemmissa huokoisen piin versioissa, mikropalloilla oli myös poikkeuksellinen mekaaninen lujuus hiilinanoputkien ansiosta.

Yhdysvaltain armeijan tutkijat ovat löytäneet toisenlaisen ratkaisun piianodien ongelmaan yhteistyössä Marylandin yliopiston kanssa.

Heidän kehittämänsä uusi elektrolyyttisuunnitelma parantaa anodikapasiteettia yli viisi kertaa perinteisiin menetelmiin verrattuna vakuuttavat tutkijat.

Kun anodin sisällä olevat piinanohiukkaset suurenevat, ne halkeilevat usein anodia ympäröiväksi kiinteäksi elektrolyytti välivaiheen (SEI). suojakerrokseksi Mutta kun tämä suojakerros vaurioituu, vasta paljastetut anodihiukkaset reagoivat jatkuvasti elektrolyytin kanssa, kunnes se puolestaan loppuu.

Marylandin yliopiston ja armeijan tutkijoiden yhteinen ryhmä kokeili uutta lähestymistapaa, jossa joustavan esteen sijaan tutkijat suunnittelivat jäykän esteen, joka ei hajoa - jopa silloin kun piinanohiukkaset laajenevat.

He kehittivät litiumioniakun ja elektrolyytin, joka muodosti jäykän litiumfluoridi SEI-välivaiheen, kun elektrolyytit ovat vuorovaikutuksessa piianodihiukkasten kanssa ja vähentäneet siten merkittävästi elektrolyyttien hajoamista.

"Vältämme SEI-vaurion onnistuneesti muodostamalla keraamisen SEI:n, jolla on alhainen affiniteetti litoituihin piipartikkeleihin, niin että litiumipitoinen pii voi siirtyä rajapinnalla tilavuuden muutoksen aikana vahingoittamatta SEI:tä", toteaa professori Chunsheng Wang, Marylandin yliopistosta.

Tutkijoiden mukaan Elektrolyyttinen suunnitteluperiaate on universaali kaikille lejeeri-anodeille ja avaa uuden mahdollisuuden kehittää korkeaenergisiä akkuja. Uusi menettely menestyy myös alumiini- ja vismutti-anodien parissa.

Aiheesta aiemmin: Kävisikö pii sittenkin akkuanodiksi