Kuolleen akkumateriaalin henkiin herättäminen

SLAC National Accelerator Laboratoryn ja Stanfordin yliopiston tutkijat ovat saattaneet löytää tavan elvyttää ladattavia litiumakkuja, mikä saattaa lisätä sähköajoneuvojen ajomatkaa ja akun käyttöikää seuraavan sukupolven elektronisissa laitteissa.

Litiumakkujen kierron aikana niihin kerääntyy pieniä epäaktiivisia litiumsaarekkeita, jotka eivät saavuta elektrodeja, mikä heikentää akun kykyä varastoida latausta. Mutta tutkimusryhmä havaitsi, että he voisivat saada tämän "kuolleen" litiumin hiipimään madon tavoin kohti elektrodia, kunnes se yhdistyy uudelleen, mikä osittain kääntää ei-toivotun prosessin.

Tämän lisävaihe hidasti heidän testiakun heikkenemistä ja pidensi sen käyttöikää lähes 30 %.

”Olemme nyt tutkimassa mahdollisuutta litium-ioni-akkujen menetetyn kapasiteetin palauttamista käyttäen erittäin nopean purkauksen vaihetta”, sanoo tutkimuksen johtavat tekijä Stanfordin Fang Liu.

"Olen aina pitänyt eristynyttä litiumia huonona, koska se aiheuttaa akkujen hajoamisen ja jopa syttymisen", sanoi tutkimusta johtanut Stanfordin ja SLAC:n professori Yi Cui. "Mutta olemme havainneet, kuinka tämä "kuollut" litium kytketään sähköisesti takaisin negatiiviseen elektrodiin aktivoidaksemme sen uudelleen."

Idea tutkimuksesta syntyi, kun Cui spekuloi, että jännitteen kohdistaminen akun katodiin ja anodiin voisi saada eristyneen litiumsaarekkeen liikkumaan fyysisesti elektrodien välissä – prosessin, jonka hänen tiiminsä on nyt vahvistanut kokeillaan.

Tutkijat valmistivat optisen kennon, jossa oli litium-nikkeli-mangaani-kobolttioksidi (NMC) katodi, litiumanodi ja eristetty litiumsaareke niiden välissä. Tämä testilaite antoi heille mahdollisuuden seurata reaaliajassa, mitä akun sisällä tapahtuu käytön aikana.

He havaitsivat, että eristetty litiumsaari ei ollut ollenkaan "kuollut", vaan reagoi akkutoimintoihin. Kun kennoa ladattiin, saari siirtyi hitaasti kohti katodia; purkautuessaan se hiipi vastakkaiseen suuntaan.

Tulokset, jotka tutkijat vahvistivat muilla testiakuilla ja tietokonesimulaatioilla, osoittavat, kuinka eristetty litium voidaan ottaa käyttöön todellisessa akussa muuttamalla latausprotokollaa.

"Huomasimme, että voimme siirtää eristynyttä litiumia kohti anodia purkauksen aikana, ja nämä liikkeet ovat nopeampia suuremmilla virroilla", sanoi Liu. "Joten lisäsimme nopean, suurvirtaisen purkausvaiheen heti akun latauksen jälkeen, mikä siirsi eristettyä litiumia tarpeeksi pitkälle kytkeäkseen sen uudelleen anodin kanssa. Tämä aktivoi litiumia uudelleen, jotta se voi osallistua akun käyttöikään."

Hän lisäsi: "Löydöillämme on myös laaja vaikutus kestävämpien litiummetalliakkujen suunnitteluun ja kehittämiseen."

Aiheesta aiemmin:

Ultranopea akkujen lataus uudella anodimateriaalilla

Fononinen katalyysi?

Seuraavan sukupolven litiumakkuja