Erittäin lupaavia elektrolyyttiehdokkaita

Münchenin teknisen yliopiston (TUM) tutkimusryhmä on löytänyt materiaaliluokan, jonka johtavuus on keskimääräistä parempi kiintoaineisia akkuja ajatellen.

Tiedemiehet ympäri maailmaa etsivät kiintoaineisiin akkuihin sopivia materiaaleja.

"Mutta käytännössä tähän asti saatavilla olevat kiinteän olomuodon elektrolyytit, enimmäkseen oksidikeramiikka tai rikkipohjaiset yhdisteet, eivät ole täysin pystyneet täyttämään odotuksia", sanoo professori Thomas Fässler TUM:sta.

Hän etsii yhdessä tiiminsä kanssa ja tiiviissä yhteistyössä TUMint·Energy Research GmbH:n kanssa tehokkaampia elektrolyyttejä: "Ongelma on, että litiumionit diffundoituvat hitaasti kiinteiden materiaalien läpi. Tavoitteenamme oli ymmärtää paremmin ionien kulkua ja sitten käyttää tätä tieto johtavuuden lisäämiseksi."

Heidän ponnistelunsa tuloksena on kiteinen jauhe, joka on keskimääräistä parempi johde litiumioneille. Se ei sisällä rikkiä, vaan fosforia, alumiinia ja suhteellisen paljon litiumia.

Laboratoriomittaukset ovat osoittaneet, että tällä aiemmin huomiotta jätetyllä aineluokalla on korkea johtavuus. Kemistit loivat hyvin lyhyessä ajassa onnistuneesti kymmenkunta uutta, samankaltaista yhdistettä, jotka sisältävät alumiinin sijaan esimerkiksi piitä tai tinaa. Tämä laaja uusi materiaalipohja mahdollistaa materiaalien ominaisuuksien nopean optimoinnin.

Ja miksi nämä materiaalit ovat niin hyviä ionijohtimia? "Jotta tähän kysymykseen vastataan, kiteiden sisällä tapahtuvat prosessit on saatava näkyväksi", Fässler selittää. "Mutta se ei ole mahdollista tavallisilla laboratoriolaitteistoilla, koska litiumatomit ovat erittäin kevyitä. Tämän seurauksena niitä ei voida paikantaa tarkasti röntgensäteilyn avulla."

Joten tutkimukset tehtiin Research Neutron Source Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) tutkimusreaktorilla.

Neutronit mahdollistavat kevyimpienkin atomien löytämisen. Ne ovat vuorovaikutuksessa atomien ytimien kanssa eivätkä atomikuoren kanssa, kuten röntgensäteilyn tapauksessa." sanoo tohtori Anatoli Senyshyn.

"Olimme jo aiemmin tutkineet useita uuden ja monipuolisen kiinteiden litiumionijohtimien perheen jäseniä. Voimme käyttää neutronidiffraktiota visualisoidaksemme, kuinka ionit käyttävät vapaata tilaa kidehilassa liikkumiseen." Uudessa aineluokassa nämä vapaat tilat on järjestetty siten, että ionit voivat liikkua yhtä hyvin kaikkiin suuntiin.

Syntetisoidut jauheet ovat siten erittäin lupaavia elektrolyyttiehdokkaita tuleville solid-state-akuille, Fässler sanoo: "Perustutkimuksellamme on potentiaalia nopeuttaa tehokkaampien akkujen kehitystä."

Aiheesta aiemmin:

Akkuteollisuus etsii uusia materiaaleja

Polymeeriperustaista akkutekniikkaa