Akkuteollisuus etsii uusia materiaaleja

Ohion yliopiston tutkijat ovat esitelleet todisteita uudesta hiilen kiintoaineesta, jota he kutsuivat "amorfiseksi grafiitiksi".

Fyysikko David Drabold ja insinööri Jason Trembly aloittivat työnsä kysymyksellä: "Voisimmeko tehdä grafiittia hiilestä?"

"Grafiitti on tärkeä hiilimateriaali, jolla on monia käyttötarkoituksia. Yhä kasvava grafiitin sovellus on litiumioniakkujen akkuanodit ja se on elintärkeää sähköajoneuvoteollisuudelle – Tesla Model S tarvitsee keskimäärin 54 kg grafiittia.

Grafiittiset elektrodit ovat parhaita, jos ne on valmistettu puhtaista hiilimateriaaleista, joita on yhä vaikeampi saada kasvavan kysynnän vuoksi", tutkijat kirjoittavat julkaisussaan.

Heidän työnsä etsi uusia polkuja grafiitin synteettisiin muotoihin luonnollisesti esiintyvästä hiilipitoisesta materiaalista. He löysivät useilla eri laskelmilla kerroksisen materiaalin, joka muodostuu erittäin korkeissa lämpötiloissa (noin 3000 Kelvin-astetta).

Uudessa materiaalissa on runsaasti grafeenimaisia kuusikulmiota, mutta myös viisi- ja seitsemänkulmioita. Tämä rengashäiriö vähentää uuden materiaalin sähkönjohtavuutta verrattuna grafeeniin, mutta johtavuus on edelleen korkea alueilla, joita hallitsevat suurelta osin kuusikulmiot.

Tutkijat odottavat julkistuksensa kannustavan kokeiluihin ja tutkimuksiin amorfisen grafiitin olemassaolosta ja samalla työ on myös ennuste uudesta hiilen faasista.

Litiumioniakut ovat tällä hetkellä suosituin tekniikka sähköajoneuvojen virtalähteenä, mutta ne ovat liian kalliita pitkää kestoikää vaativiin sähköjakeluverkon energianvarastointijärjestelmiin, ja itse litiumia on yhä vaikeampi saada.

Houstonin yliopistossa tehty uusi tutkimus esittää ympäristön lämpötilassa olevaa kiintoaineista natrium-rikki akkutekniikkaa vaihtoehtona litiumpohjaiselle akuille jakeluverkkotason energian varastointijärjestelmiin.

Professori Yan Yao ja hänen kollegansa kehittivät homogeenisen lasimaisen elektrolyytin, joka mahdollistaa palautuvan natriumpinnoituksen ja strippauksen suuremmalla virrantiheydellä kuin aiemmin oli mahdollista.

"Uusien kiinteiden elektrolyyttien etsinnän täyskiinteille natriumakuille on samanaikaisesti oltava edullisia, helposti valmistettavia sekä mekaanisesti että kemiallisesti uskomattoman stabiileja", toteaa Yao.

Tutkijat löysivät nämä vaatimukset täyttävän uudenlaisen oksisulfidisen lasielektrolyytin, joka natriummetallin ja elektrolyytin välisessä rajapinnassa muodostaa itsestään passivoivan välivaiheen, joka on välttämätön palautuvassa pinnoituksessa ja natriumin poistamisessa.

Aiheesta aiemmin:

Kuolleen akkumateriaalin henkiin herättäminen

Rikkikemiaa akuille ja vedyntuottoa vihreästi

Akkutekniikoiden uudet reaktiot