Uusi nanorakenteinen yhdiste anodille

Oregonin osavaltion yliopiston teknillisen korkeakoulun tutkijat ovat kehittäneet akuille anodin, joka perustuu uuteen nanorakenteiseen metalliseokseen, joka voi mullistaa energian akkuvarastoinnin suunnittelun ja valmistuksen.

Sinkki- ja mangaanipohjainen seos avaa tien korvata akkuelektrolyyteissä yleisesti käytetyt liuottimet jollakin paljon turvallisemmalla ja edullisemmalla sekä runsaalla: merivedellä.

”Akut, jotka käyttävät vesipohjaisia johtavia liuoksia elektrolyytteinä, ovat nouseva ja paljon turvallisempi vaihtoehto litiumioniakuille. Mutta vesipitoisten järjestelmien energiatiheys on ollut suhteellisen pieni ja vesi myös reagoi litiumin kanssa, mikä on edelleen haitannut niiden laajaa käyttöä, sanoo kemian tekniikan tutkija Zhenxing Feng OSU:sta.

Vesiperustaiset akut ovat lupaava vaihtoehto turvalliselle ja skaalautuvalle energian akkuvarastoinnille, Feng sanoo. Vesipitoiset elektrolyytit ovat kustannuskilpailukykyisiä, ympäristön kannalta hyvänlaatuisia, ne kykenevät nopeaan lataukseen ja suurilla tehotiheyksillä sekä kestävät hyvin väärinkäyttöä.

Niiden laajamittaista käyttöä on kuitenkin estänyt rajallinen lähtöjännite ja heikko energiatiheys.

Mutta tutkijat Oregonin, Keski-Floridan ja Houstonin yliopistossa ovat suunnitelleet kolmiulotteisesta "sinkki-M-seoksesta" koostuvan anodin akuille - missä M viittaa mangaaniin ja muihin metalleihin.

"Seoksen käyttö erityisellä nanorakenteella ei vain estä dendriitin muodostumista kontrolloimalla pintareaktion termodynamiikkaa ja reaktiokinetiikkaa, vaan se osoittaa myös erittäin korkean vakauden tuhansien syklien aikana ankarissa sähkökemiallisissa olosuhteissa", Feng hehkuttaa. "Sinkin käyttö voi siirtää kaksi kertaa niin paljon varauksia kuin litium, mikä parantaa akun energiatiheyttä.

"Testasimme myös vesiakkuamme merivedellä, erittäin puhtaan deionisoidun veden sijasta elektrolyyttinä", hän lisää. "Työmme osoittaa kaupalliset mahdollisuudet näiden akkujen valmistamiseen laajamittaisesti."

"Teoreettiset ja kokeelliset tutkimuksemme osoittivat, että 3D-seosanodilla on ennennäkemätön rajapintastabiilisuus, joka saavutetaan edullisella sinkkidiffuusiokanavalla seoksen pinnalla", Feng kertoo yliopistonsa tiedotteessa.

"Tässä yhteistyötyössä esitetty konsepti tuo todennäköisesti paradigman muutoksen vedellisten ja vedettömien akkujen korkean suorituskyvyn seosanodien suunnittelussa, mikä mullistaa akkuteollisuuden."

Testauksissa tutkijat käyttivät Zn-ioniakkuja (ZIB), joissa katodimateriaalina oli MnO2. Kun katodilla käytetään maapallon runsaita elementtejä (esim. O2 ja S), saavutetaan niin korkea energiatehokkuus, mikä johtaa akkujärjestelmiin, jotka ylittävät energiatiheyden 500 Wh/kg, jollaista vaaditaan tuleville sähköautoille.

Aiheesta aiemmin:

Kovahiilestä anodimateriaali natrium-ioni akulle