Akkuja ilman kriittisiä raaka-aineita

Ladattavien akkujen markkinat kasvavat nopeasti, mutta tarvittavat raaka-aineet ovat rajalliset. Esimerkiksi natrium-ioni-akut voisivat tarjota vaihtoehdon.

HZB:n ja Humboldt-Universität zu Berlinin yhteinen tutkimusryhmä on tutkinut uusia elektrolyyttiliuosten ja elektrodimateriaalien yhdistelmiä tätä tarkoitusta ajatellen.

"Toisin kuin litiumioniakut, jotka perustuvat litiumionien varastointiin akun positiivisissa ja negatiivisissa elektrodeissa, työskentelemme toisaalta natriumionien kanssa, koska niitä esiintyy myös halvassa ruokasuolassa.

Suurempi kuva

Toisaalta varastoimme natriumionit yhdessä solvaattikuorensa eli liuotinmolekyylinsä kanssa jotka on peräsin elektrolyytistä.

Tämä mahdollistaa täysin uusien varastointireaktioiden toteuttamisen", kertoo tutkimusryhmää johtava professori Philipp Adelhelm Operando battery analysis -tutkimusryhmästä jonka Humboldt University ja Helmholtz-Zentrum Berlin perustivat vuonna 2020.

Ionien varastointia, kun siihen liittyy niiden solvataatiokuori kidehilassa, kutsutaan yhteisinterkalaatioksi (co-intercalation). Tähän asti tämä käsite rajoittunut natrium-ioni-akun negatiiviseen elektrodiin.

Nyt Adelhelmin tutkijat ovat onnistuneet laajentamaan konseptin myös akun positiiviseen elektrodiin.

Tohtori Guillermo A. Ferrero, julkaisun ensimmäinen kirjoittaja, selittää: "Titaanidisulfidin ja grafiitin kanssa olemme ensimmäistä kertaa yhdistäneet kaksi materiaalia, jotka absorboivat ja vapauttavat samaa liuotinta akun latauksen ja purkamisen aikana."

Tutkijat saattoivat tarkkailla materiaalin muutoksia latauksen ja purkamisen aikana operandimittauksilla. Se auttoi heitä määrittämään yhteisinterkalaation mekanismin akun sisällä. He voisivat sitten käyttää tätä uutta tietämystä toteuttaakseen akun, jonka molemmat elektrodit perustuvat liuotinmolekyylien palautuvaan yhteisinterkalaatioon.

"Olemme vielä alkuvaiheessa ymmärtääksemme yhteisinterkalaatioparien vaikutukset. Mutta on olemassa muutamia mahdollisia etuja, joita voimme kuvitella”, tohtori Katherine A. Mazzio, HZB, selittää

"Yhteisinterkalaatioprosessi voisi parantaa tehokkuutta mahdollistamalla paremman suorituskyvyn matalissa lämpötiloissa. Sitä voitaisiin myös käyttää parantamaan vaihtoehtoisia kennokonsepteja, kuten moniarvoisten ionien käyttöä Li+- tai Na+ -varastoinnin sijaan, jotka ovat erityisen herkkiä solvataatiokuorelle.

Solvataatiokuori tai solvataatiovaippa on minkä tahansa liuenneen aineen muodostavan kemiallisen yhdisteen tai biomolekyylin liuottimen rajapinta.

Aiheesta aiemmin:

Atomistisia perusteita akuille

Natriumioniakun hankalimman vian syy

Aerogeeleillä kestävän kehityksen akkuja