Akun anodi ja katodi osana kotelointia

Akkutekniikassa uusimpia kehitysratkaisuja ovat uudenlainen mikroakku sekä erilaiset anodittomat akkusuunnitelmat.

Lisäksi tutkimusohjelmat ja yritykset suunnittelevat jo tulevaisuuden akkuratkaisuja.

Penn Universityn tutkijoilla on esitellä koteloimaton akkusuunnitelma, joka painaa kahden riisinjyvän verran mutta jonka energiatiheys on sama kuin paljon suuremman ja raskaamman akun.

Elektroniikka pienentyy mutta akun energiatiheyttä on eksponentiaalisesti vaikeampi parantaa akun pienentyessä, osittain siksi, että suurempia osia akun tilavuudesta on käytettävä kotelointiin. Pennsylvanian yliopiston teknillisen korkeakoulun tutkijoiden tärkein kehitystyö oli uudenlainen virrankerääjä ja katodi, jotka lisäävät energiaa varastoivien materiaalien osuutta ja toimivat samalla suojakuorena.

Näin syntynyt tilatehokkuus johtaa nelinkertaiseen energiatiheyteen nykyisten huippuakkuihin verrattuna. Tutkijoiden mikroakkurakenne avaa oven pienemmille lentäville mikroroboteille ja monille muille muuten mahdottomille elektroniikkalaitteille.

Tutkijat ovat kehittäneet uuden tavan valmistaa elektrodeja, joiden ansiosta ne ovat paksuja ja mahdollistavat nopean ionien ja elektronien kuljetuksen. Perinteiset katodit koostuvat murskatuista hiukkasista, jotka on puristettu yhteen mutta satunnaiseen ionien liikkumista hidastavaan koostumukseen.

Sen sijaan nyt katodi saostetaan suoraan sulasta suolahauteesta mikä tuottaa katodin, jossa ei ole huokoisuutta tai ilmarakoja. Näin litiumionit voivat liikkua akussa nopeimpia ja suorempia reittejä.

Nämä uudelleen suunnitellut komponentit kuljettavat ioneja niin tehokkaasti, että ne voidaan tehdä riittävän paksuiksi kaksinkertaistamaan energiaa varastoivien kemikaalien määrä uhraamatta nopeutta, joka tarvitaan liitettyjen laitteiden todelliseen virransyöttöön. Yhdistettynä uuteen pakkaukseen näillä mikroakuilla on paristojen energia- ja tehotiheys, jotka ovat sata kertaa suurempia ja painavat vain kaksi riisinjyvää.

Niin sanotut anodittomat akkuratkaisut

Litium-metalli akkujen ohuen Li-kalvon korkeiden kustannusten ja akun suuren Li:n ylimäärän muodostaman vakavan turvallisuusriskin välinen ristiriita on inspiroinut kehittämään ratkaisuja, joissa ei ole ylimääräistä Litiumia sisältävää anodia eli anodittomia litiummetalliakkuja.

Kyseinen arkkitehtuuri tarjoaa huomattavia etuja sekä energiatiheyden että turvallisuuden kannalta verrattuna perinteisiin litiumionikennoihin. On kuitenkin haastavaa saavuttaa korkea Li-ionien palautuvuus, kun käytettävissä ei ole yhtään litiumin ylimäärää.

Japanin National Institute of Advanced Industrial Science and Technologyn tutkijat ovat ottaneet käyttöön ylimääräisen Li2O:n uhrautuvana aineena katodissa. Se tarjoaa siten ylimääräisen Li lähteen kompensoimaan väistämätöntä litiumin menetystä pitkän aikavälin työjaksojen aikana anodivapaassa kennossa.

Osin samoista syistä on ryhdytty kehittämään myös anodittomia sinkki- ja natriummetallin akkuja. Usein grafiitista kootun anodin korvaa tehdaskokoonpanossa pelkkä kuparinen virrankerääjä, jolle metalli varauksessa kerääntyy jolloin sitä voisi sitten taas kutsua anodiksi.

Tulevista syvällisemmän tutkimuksen akkuratkaisuista voit lukea sivuston uusimmasta koosteartikkelista. Akkutekniikkaa materiaalien ja kemian ehdoilla

Aiheista aiemmin:

Kohti tehokasta anoditonta natriumakkua

Tehokkaampia mikroakkuja ja kondensaattoreita