Apua litiummetallisille anodeille

Välikerros tekee akkukennosta paljon vakaamman ja siten kestämään paljon suurempia virtatiheyksiä. Pehmeän massan levittäminen on myös erittäin helppoa akun litiummetallianodille.

Kiinteän elektrolyytin akut kiinnostavat sähköajoneuvojen teollisuutta erittäin paljon.

Vaikka kiinteiden olosuhteiden akkujen potentiaalit ovat hyvin tunnettuja, ei ole vielä olemassa vakiintunutta tapaa tehdä niistä riittävän vakaita, etenkin suurilla virrantiheyksillä.

Chalmersin ja Kiinan Xi'an Jiaotong -yliopiston tutkijat tuovat esiin uuden lisäavun viedä tämä lupaava konsepti lähemmäksi laaja-alaista sovellusta.

He ovat kehittäneet välikerroksen joka, auttaa parantamaan kiinteän elektrolyytin virrantiheyttä kymmenkertaiseksi, samalla lisäten suorituskykyä ja turvallisuutta.

”Tämä välikerros tekee akkukennosta huomattavasti vakaamman ja siksi kestää paljon suuremman virrantiheyden. Tärkeää on myös se, että on erittäin helposti levitettävä pehmeä massa akun litiummetallianodille - kuten levittäisi voita voileivälle”, kertoo tutkija Shizhao Xiong Chalmersin fysiikan laitokselta.

Materiaali on valmistettu keraamisen elektrolyytin (LAGP) nanohiukkasista, sekoitettuna ioniseen nesteeseen. Neste kapseloi LAGP-hiukkaset ja tekee välikerroksesta pehmeän ja suojaavan. Chalmersin tutkijat näkevät suuren potentiaalin tämän uuden välikerroksen kehittämisessä ja he arvioivat kiinteiden elektrolyyttien akkujen olevan markkinoilla viiden vuoden kuluessa.

"Tämä on tärkeä askel tiellä, jolla pystymme valmistamaan suurikokoisia, kustannustehokkaita, turvallisia ja ympäristöystävällisiä akkuja, jotka toimittavat suurta kapasiteettia ja jotka voidaan ladata ja purkaa nopeasti", kertoo professori Aleksandar Matic.

Carnegie Mellonin tutkijat Venkat Viswanathan ja Zeeshan Ahmad ovat kehittäneet sitä, miten kiinteä ionijohde (SIC), jota voidaan käyttää erottimena anodin ja elektrolyytin välillä - voi estää dendriittejä. Vaikka dentriittien rajaamisen estojärjestelmät on jo hyvin tunnettuja, dendriittien synnyn tukahduttava aihealue ei ole ollut niin tutkittu.

Nähdessään valtavan mahdollisuuden tieteelliseen kehitykseen tällä aiemmin tutkimattomalla alueella yhteistyössä Lawrence Berkeleyn (LBNL) kanssa, ryhmä suunnitteli polymeeripohjaisen komposiitti-SIC:n, joka on suunniteltu erityisesti dendriittien tukahduttamisjärjestelmäksi.

Käyttäen sekä laskennallista että kokeellista tekniikkaa, he osoittivat, että tämä uusi materiaali voi todellakin kiertää dendriittiongelman, joka nykyään estää litiummetallin käytön suuren kapasiteetin anodina.

Tutkimuspaperi, jonka otsikkona on ”Kiinteiden ionijohtimien yleiset kemomekaaniset suunnittelusäännöt dendriitin muodostumisen estämiseksi litiummetalliakuissa”, julkaistiin Nature Materials -lehdessä huhtikuussa 2020.

Aiheesta aiemmin:

Kierrätystä ja palonestoa

Uudenlainen pinnoite litium-metalli akuille