Natriumioniakun hankalimman vian syy

25.02.2022

Cornell-natrium-akun-vaikein-vika-200-t.jpgCornellin yliopiston tutkijat ovat paljastaneet sitkeän ongelman lähteen, joka rajoittaa natrium-ioni-akkujen toimintaa, tarjoten valmistajille uusia strategioita 2000-luvun energianlähteelle.

Natriumioniakut ovat lupaava tekniikka sähköajoneuvoihin, energiaverkkoon ja muihin sovelluksiin, koska ne on valmistettu runsaista materiaaleista, jotka ovat energiatiheitä, palamattomia ja toimivat hyvin kylmissäkin lämpötiloissa. Mutta insinöörien on vielä täydennettävä kemiaa.

Natriumioni-akkujen huono kestävyys johtuu akun toiminnan erityisestä atomien uudelleenjärjestelystä – P2-O2-faasisiirtymästä – kun ionit kulkevat akun epäjärjestyneen kiderakenteiden läpi ja lopulta rikkovat niitä. Vaikka faasimuutos on kiinnostanut tutkijoita, sen taustalla olevia mekanismeja on ollut vaikea tutkia akun käytön aikana.

Cornell-tiimi materiaalitieteen ja -tekniikan apulaisprofessori Andrej Singerin laboratoriosta on paljastanut tämän mekanismin keskeiset näkökohdat.

Tiimi havaitsi, että kun natriumionit liikkuvat akun läpi, yksittäisten hiukkasten sisällä olevien kidekerrosten suuntautumattomuus kasvaa ennen kuin kerrokset yhtäkkiä asettuvat kohdakkain juuri ennen P2-O2-faasisiirtymää.

"Olemme löytäneet uuden kriittisen mekanismin", Singer sanoi. "Akun latauksen aikana atomit asettuvat yhtäkkiä uudelleen ja helpottavat tätä haitallista faasimuutosta."

Ryhmä pystyi tarkkailemaan ilmiötä kehitettyään uuden röntgenkuvaustekniikan käyttämällä Cornell High Energy Synchrotron Sourcea, jonka avulla he pystyivät tarkkailemaan reaaliajassa ja massamittakaavassa yksittäisten hiukkasten käyttäytymistä akkunäytteissään.

Löytö sai tiimin ehdottamaan uusia suunnitteluvaihtoehtoja käyttämilleen natriumioni-akuille, joita he aikovat tutkia tulevissa tutkimusprojekteissa. Yksi ratkaisu on muuttaa akun kemiaa tuomaan hiukkasiin strateginen häiriö juuri ennen virheellistä siirtymävaihetta tohtoritutkija Jason Huangin mukaan.

"Muuttamalla siirtymämetalliemme, tässä tapauksessa nikkelin ja mangaanin, suhteita, voimme aiheuttaa hieman epäjärjestystä ja mahdollisesti vähentää havaitsemaamme järjestysvaikutusta".

"Työstämme natrium-ioni-akkujen rajoja ja mitä tiedämme niistä ja tämän tiedon käyttäminen parempien akkujen suunnitteluun auttaa avaamaan teknologiaa käytännön sovelluksiin tulevaisuudessa," täydentää Huang yliopistonsa tiedotteessa.

Aiheesta aiemmin:

Kohti tehokasta anoditonta natriumakkua

Kovahiilestä anodimateriaali natrium-ioni akulle

Kiinteä elektrolyytti natrium-akuille

27.03.2024Kvantti-interferenssi ja transistori
26.03.2024Robotti tarttuu lihanpalaan ja keskustelee kaverinsa kanssa
25.03.2024Piin kanssa yhteensopivia magneettisia pyörteitä
23.03.2024Kaksitoiminen katalyytti tekee sen halvemmalla
22.03.2024Hiilinanoputket käyttöön
21.03.2024Fotonisirut valtaavat alaa
21.03.2024Uusi 2D-materiaalien maailma on avautumassa
19.03.2024Suprajohteet auttavat tietokoneita "muistamaan"
18.03.2024Kvanttimateriaalitutkimuksen uudet työkalut
16.03.2024Räjähtämätön vedyntuotantomenetelmä

Siirry arkistoon »