Hiilikuitupaperia akkuihin

Maailmanlaajuisen sähköajoneuvojen käytön trendin johdosta seuraavan sukupolven akkujen, joiden kapasiteetti on suurempi ja jotka latautuvat nopeammin kuin nykyisin käytössä olevat litiumioniakut, kysyntä on kasvanut.

Litiummetalliakut on tunnustettu lupaaviksi ladattaviksi akuiksi, koska litiummetallianodin teoreettinen kapasiteetti on kymmenen kertaa suurempi kuin kaupallisten grafiittianodien.

Lataus- ja purkausprosessien aikana litiumdendriitit kuitenkin kasvavat anodilla, mikä johtaa akun huonoon suorituskykyyn ja oikosulkuihin.

Tohtori Sungho Lee, Korea Institute of Science and Technologystä (KIST) ja professori KwangSup Eom Gwangjun tiede- ja teknologiainstituutista (GIST) ovat kehittäneet teknologian kestävyyden parantamiseksi käyttämällä hiilikuitupaperia anodimateriaalina litiummetalliakuille.

KIST-GIST-yhteistyötutkimusryhmä korvasi litiummetallilla päällystetyn kupariohutkalvon ohuella litiummetallia sisältävällä hiilikuitupaperilla. Kehitetyllä hiilikuitupaperilla oli hiilimonofilamenttinen hierarkkinen rakenne, joka koostui amorfisesta hiilestä ja epäorgaanisista nanohiukkasista, mikä lisäsi litiumaffiniteettia ja ehkäisi litiumdendriitin kasvua.

Kun kupariohutkalvoanodit oikosulkeutuvat noin 100 työjakson jälkeen, kehitetty hiilikuitupaperianodi osoitti syklistä vakautta 300 työjakson ajan. Lisäksi kehitettyä hiilikuitupaperia käyttävien litiummetalliakkujen energiatiheys on korkea, 428 Wh/kg, mikä on noin 1,8 kertaa korkeampi kuin kupariohutkalvoa käytettäessä (240 Wh/kg).

Prosessin näkökulmasta toinen etu on elektrodien valmistusprosessin yksinkertaistaminen, koska sula litium imeytyy nopeasti hiilikuitupaperiin.

Mitä tulee tämän tutkimuksen merkitykseen, tutkimusta johtanut KIST:n keskuksen johtaja tohtori Sung-Ho Lee sanoo: "Kun otetaan huomioon hiilikuidun viisi kertaa pienempi tiheys ja alhaisemmat kustannukset kupariin verrattuna, ehdottamamme anodimateriaali on tärkeä saavutus, joka voi nopeuttaa kestävien ja kevyiden litiummetalliakkujen kaupallistamista."

Aiheesta aiemmin:

Kuolleen akkumateriaalin henkiin herättäminen

Akun anodi ja katodi osana kotelointia