Nanorakenteet tehostavat litium-rikki akkuja

Uusiutuvan energian lisääntyessä tarve kestävämpiin energian varastointiratkaisuihin kasvaa. Perinteiset litiumioniakut (LIB) käyttävät interkaloitua litiumvarastoa mutta litiummetalliakut (LMB) ovat herättäneet huomiota seuraavan sukupolven energian varastointiteknologiana niiden erinomaisen teoreettisen energiatiheyden vuoksi, koska varastointi ei ole interkaloitunut.

Metallisten Li-anodien luontainen epävakaus aiheuttaa merkittäviä ongelmia käytännön kennojen valmistuksessa ja työjaksottelussa.

Ei-tasomaisen dendriittisen ja amorfisen kasvun, kuolleen litiumin kertymisen, elektrolyyttien kulutuksen ja litium-rikki (Li-S) -kemian tapauksessa polysulfidi-sukkulavaikutuksen haasteisiin on puututtava litiummetallisten akkujen laajan käyttöönoton edistämiseksi.

Monash yliopiston tutkijat ovat kehittäneet uuden litium-rikkiakun, jossa on nanohuokoinen polymeeripinnoitettu litiumfolio-anodi. Nanohuokoisen polymeerin levittäminen suoraan litiumfolioanodin päälle on luonut uuden akkuratkaisun, jossa tarvitaan vähemmän litiumia, siinä on enemmän energiaa tilavuusyksikköä kohti, se kestää pidempään ja on puolet litiumioniakkujen hinnasta.

Tohtoriopiskelija Declan McNamara sanoo, että litiumin ohut polymeeripinnoite paransi merkittävästi akun käyttökertojen määrää.

Tämä pinnoite on askel kohti erittäin tehokkaita, helposti valmistettavia Li-S-akkuja”, McNamara toteaa.

Tutkijoiden mukaan tämä kehitys on lupaava askel kohti Li-S-akkujen ja muiden litiummetallipohjaisten energian varastointijärjestelmien laajempaa käyttöönottoa.

Viime aikoina atomisesti tarkat metallinanoklusterit, kooltaan 1–3 nanometriset metalliatomien aggregaatit, ovat saaneet huomiota materiaalitutkimuksessa, mukaan lukien litiumrikkiakut, korkean muokattavuuden sekä ainutlaatuisten geometristen ja elektronisten rakenteiden ansiosta.

Uusimmassa yhteistutkimuksessa Japanista ja Kiinasta koostuva tutkijaryhmä, jota johtaa professori Yuichi Negishi Tokion tiedeyliopistosta on hyödyntänyt pintasidontaominaisuutta ja redox-aktiivisuutta platinalla seostetulla kultananoklustereilla, Au 24 Pt(PET) 18 (PET:fenyylietaanitiolaatti, SCH2CH2Ph), tehokkaana elektrokatalyyttinä litium-rikki akuissa.

Tutkijat valmistivat Au 24 Pt (PET)18:n ja grafeenin nanolevyjen komposiitteja, joilla oli suuri ominaispinta-ala, korkea huokoisuus ja johtava verkko. Niiden avulla kehitettiin erotin, joka nopeuttaa LSB:n sähkökemiallista kinetiikkaa.

Nämä tulokset korostavat metallinanoklustereiden käytön edut LSB:issä. Niihin kuuluu parannettu energiatiheys, pidempi käyttöikä, parannetut turvaominaisuudet ja LSB:n ympäristövaikutusten väheneminen, mikä tekee niistä ympäristöystävällisempiä ja kilpailukykyisempiä muiden energian varastointitekniikoiden kanssa.

Lisäksi tämän tutkimuksen odotetaan tasoittavan tietä täysin kiinteiden olomuotojen Litium-rikki akuille.

Aiheesta aiemmin:

Litium-rikki akut askeleen lähempänä

Superioninen johde ja muita akku-uutisia

Tehokas litium-rikki akku