Akkujen itsepurkautumisesta ja uusista ratkaisuista

Akkujen kapasiteetti heikkenee ajan myötä, mutta tätä yleistä ilmiötä ei kuitenkaan täysin ymmärretä.

Tutkijaryhmä, jota johtaa Coloradon Boulder yliopiston insinööri, on tuonut esiin akun heikkenemisen taustalla olevan mekanismin.

Insinöörit ovat työskennelleet vuosia suunnitellakseen litiumioniakkuja ilman hankalaa kobolttia. Sitä on yritetty korvata nikkelillä tai magnesiumilla mutta tällöin akuilla on vielä korkeampi itsepurkautumisnopeus.

Aiemmin tutkijat luulivat akkujen purkautuvan itsestään, koska kaikki litiumionit eivät palaa anodille latauksen aikana, mikä vähentää virran muodostamiseen ja tehon tuottamiseen käytettävissä olevien varattujen ionien määrää.

Tehokkailla tutkimuslaitteilla tutkimusryhmä havaitsi, että akun elektrolyytin vetymolekyylit siirtyvät katodille ja ottavat kohdat, joihin litiumionit normaalisti sitoutuvat. Siten litiumioneilla onkin vähemmän sitoutumispaikkoja katodilla, mikä heikentää sähkövirtaa ja heikentää akun kapasiteettia.

Näin prosessi saa aikaan itsepurkautumisen ja aiheuttaa mekaanista rasitusta, joka voi aiheuttaa halkeamia katodissa ja nopeuttaa hajoamista."

Technische Universität Bergakademie Freibergin tutkimusryhmä on edistynyt merkittävästi tulevaisuuden vaatimuksia vastaavan alumiiniakun kehittämisessä.

Akku koostuu alumiinista anodina, grafiitista katodina ja nyt kehitetystä polymeeripohjaisesta elektrolyytistä.

Tutkijoiden kehittämä ioniseen nesteeseen perustuvan polymeerielektrolyytti on trietyyliamiinihydrokloridin ja alumiinikloridin seos, jotka yhdessä polyamidin kanssa muodostavat kiinteän aineen. Kiinteä elektrolyytti tarjoaa lukuisia etuja: se ei vuoda, kestää kosteutta ja happea sekä vähentää korroosiota, mikä tekee akusta turvallisemman ja halvemman valmistaa.

Seuraava askel tiimille on testata materiaalien käsittelyä ja alumiinipolymeeriakun tuotantoa rullalta rullalle -tuotantojärjestelmässä.

Tutkijat pitävät alumiinipolymeeriakkua lupaavana vaihtoehtona litiumioniakuille ja odottavat luotettavia tuloksia innovatiivisen akkuprototyypin hyödyntämisestä vuoden 2025 loppuun mennessä

Georgia Techin Hailong Chenin johtama tutkimusryhmä on kehittänyt uuden, edullisen katodin, joka voisi radikaalisti parantaa litiumioniakkuja.

Tutkijoiden kehittämä materiaali, rautakloridi (FeCl3), maksaa vain 1-2 % tyypillisistä katodimateriaaleista ja pystyy varastoimaan saman määrän sähköä.

FeCl3-katodilla, kiinteällä halogenidielektrolyytillä ja litium-indium metallianodilla heidän koko akkujärjestelmän hinta on 30-40 % nykyisistä litiumioniakkujen arvoista.

Tällä hetkellä sähköautoissa suosituimmat katodit ovat oksideja ja tarvitsevat kallista nikkeliä ja kobolttia. Chenin ryhmän katodi sisältää vain rautaa (Fe) ja klooria (Cl) - runsaita, edullisia ja laajalti käytettyjä materiaaleja, joita löytyy teräksestä ja ruokasuolasta.

Alkuperäisissä testeissä FeCl3:n havaittiin toimivan yhtä hyvin tai paremmin kuin muut, paljon kalliimmat katodit. Siinä on esimerkiksi korkeampi käyttöjännite kuin yleisesti käytetyllä LiFePO4-katodilla.

Aiheista aiemmin:

Transistoroitu erotinkalvo akuille

Alumiinianodi tarjoaa kestävän vaihtoehdon

Kierre parantaa kiinteää elektrolyyttiä

Kivestä tulevaisuuden kiintoaineakun perusta?