Seuraavan sukupolven litiumakkuja

Kun tutkijat siirtävät akkusuunnittelun rajoja ja pyrkivät pakkaamaan yhä suurempia määriä tehoa ja energiaa tiettyyn tilaan tai painoon, yksi lupaavimmista tekniikoista on litiumioniakut, joissa käytetään nestemäisen sijasta kiinteää elektrolyyttimateriaalia.

Kiinteämateriaalisilla akuilla on merkitystä vain metallielektrodien kanssa, professori Yet-Ming Chiang sanoo, mutta yrityksiä kehittää tällaisia akkuja on haitannut dendriittien kasvu.

Nyt MIT:n vetämä tutkijatiimi on löytänyt tavan estää dendriittien muodostuminen, mikä saattaa vapauttaa tämän uudentyyppisen tehokkaan akun potentiaalin.

Tiimi ratkaisi dendriittiongelman hyväksymällä kompromissin kiinteiden ja nestemäisten tilojen välillä. He tekivät puolikiinteän elektrodin kontaktiin kiinteän elektrolyyttimateriaalin kanssa. Puolikiinteä elektrodi tarjosi rajapinnalla eräänlaisen itsensä parantavan pinnan sen sijaan, että kiinteän aineen hauras pinta voisi johtaa pieniin halkeamiin, jotka antavat alkusiemenet dendriitin muodostumiseen.

Idea on saanut inspiraationsa kokeellisista korkean lämpötilan akusta, joissa toinen tai molemmat elektrodit koostuvat sulasta metallista. Uudet lähestymistavat voitaisiin, Chiangin mukaan, mukauttaa helposti moniin eri solid-state litiumakkujen versioihin, joita tutkijat tutkivat ympäri maailmaa.

Toisen MIT:n vetämän tutkijajoukon mukaan uuden elektrolyytin käyttö voi mahdollistaa edistykselliset metallielektrodit ja korkeammat jännitteet, mikä lisää kapasiteettia ja työsyklien käyttömäärää.

Yksi lupaava lähestymistapa on katodihiilen korvaaminen metallielektrodilla ja siten korkeamman latausjännitteen käyttö. Näitä ponnisteluja on kuitenkin haitannut erilaiset ei-toivotut kemialliset reaktiot, jotka sitten tapahtuvat elektrolyytin kanssa.

Nyt tämä toinen joukko tutkijoita on löytänyt uuden elektrolyytin, joka ylittää nämä ongelmat ja voi mahdollistaa merkittävän harppauksen seuraavan sukupolven akkujen teho/paino-suhteeseen uhraamatta työsyklien elämää. Tutkijoiden mukaan löytö voisi mahdollistaa litiumioniakkujen, joiden kapasiteetti on nyt noin 260 wattituntia kilogrammaa kohden, voivan tulevaisuudessa varastoida noin 420 wattituntia kilogrammaa kohden.

Tämän elektrolyytin perusraaka-aineet ovat yhtä poikkeusta lukuun ottamatta halpoja ja prosessi sen valmistamiseksi on yksinkertainen. Joten tämä edistys voidaan toteuttaa suhteellisen nopeasti, tutkijat sanovat.

Tutkijoiden mukaan tämä havainto katalysoi edelleen elektrolyyttien etsintää ja nestemäisten elektrolyyttien suunnittelua litiummetalliakuille, jotka kilpailevat kiinteiden elektrolyyttien kanssa.

Aiheesta aiemmin:

Uudenlainen elektrodirakenne tehokkaammille akuille

Uudenlaista kemiaa litiumakuille

Kiinteä elektrolyytti natrium-akuille