Kahden ionin akut lähemmäksi todellisuutta

Kaaviomainen esitys EMC-yhteisinterkalaation käyttäytymisen vertailusta (a) LE tai (b) PCME -pohjaisissa kaksi-ionisissa akuissa

Suurempi kuva

Tutkijat ovat pitkään etsineet vaihtoehtoisia akkuja, jotka tarjoavat kaikki litiumioniversioiden edut mutta sisältäisivät ekologisia ja taloudellisia etuja.

Kahden ionin akku (DIB) onkin nouseva korkean hyötysuhteen energiavarasto, jossa sekä elektrolyytin kationit että anionit osallistuvat reaktiomekanismiin. Niillä olisivat etuina korkean käyttöjännite, edulliset kustannukset ja erinomainen turvallisuus.

Runsaiden sekä ympäristölle myönteisten elektrodimateriaalien tai kestävien aktiivisten kationeihin perustuvien (esim. Na + , K + , Zn2 + ja Al 3+ ) elektrolyyttien kehittäminen ja käyttö mahdollistavat kokonaiskustannusten ja ympäristösaasteiden vähentämisen entisestään.

Nyt Kiinan tiedeakatemian (CAS) Qingdaon bioenergia- ja bioprosessiteknologian instituutin (QIBEBT) tiimi on lähestymässä parannettua lähestymistapaa. He tarjosivat ratkaisun pahaan ongelmaan, joka aiheuttaa järjestelmän toimintahäiriön, kun akku latautuu ja purkautuu.

"DIB-teknologian käytännön toteutus on lähes pysähtynyt, mikä johtuu pääasiassa nopeasta akun vikaantumisesta korkeajännitteisen työjaksottelun aikana", sanoo ensimmäinen kirjoittaja Hongzhu Jiang.

DIB:issä positiivisesti ja negatiivisesti varautuneet ionit siirtyvät samanaikaisesti elektrolyytistä – nesteestä tai kalvosta, joka hajottaa liuenneen materiaalin ionit ja johtaa ne sähköisesti vastakkaiselle elektrodille. Jiangin mukaan vakava ongelma on liuotin, jota käytetään elektrolyytissä, joka voi joutua elektrodien grafiittikerroksiin anioni-liuotin vuorovaikutusten vuoksi.

"Lopulta tämä liuottimen yhteisinterkalaatio johtaa grafiitin kuoriutumiseen ja jauhautumiseen, erityisesti laajalti käytetyissä lineaarisissa karbonaattielektrolyyteissä", Jiang kertoo. Hän totesi myös, että korkeajännitejaksottelu voi myös johtaa termodynaamisesti epävakaiden elektrolyyttien hapettumiseen.

Nyt yhteisinterkalaation ja elektrolyyttikorroosion estämiseksi tutkijoiden oli erotettava negatiivisesti varautuneet anionit liuottimesta. Elinkelpoinen lähestymistapa on säädellä anionin solvataatiorakennetta lisäämällä elektrolyyttiin toinen komponentti, jolla on vahvempi vuorovaikutus anionien kanssa kuin karbonaattiliuottimilla.

Tutkijat keskittyivät heksafluorifosfaattiin (PF6), litiumioniakkujen anioniseen komponenttiin. He käyttivät tärkeää monomeeriä, joka sisälsi kvaternäärisiä ammoniummotiiveja - jotka ovat positiivisesti varautuneita - kehittääkseen polymeerielektrolyyttikalvon, joka voi selektiivisesti suodattaa anioneja. Menettely johti erinomaiseen työjaksovakauteen 99 %:n Coulombisella hyötysuhteella korkealla jännitteellä.

"Tämä strategia estää merkittävästi liuottimien yhteisvaikutusta sekä parantaa elektrolyytin hapettumiskestävyyttä varmistaen grafiitin rakenteellisen eheyden", toteaa professori Guanglei Gui. "Uskomme, että anionien desolvaation helpottaminen on ratkaisevan tärkeää kaksi-ionisten akkujen pitkän työjaksottelun suorituskyvyn parantamiseksi."

Aiheesta aiemmin:

Akkutekniikoiden uudet reaktiot