Kohti ympäristökestävämpiä akkuratkaisuja

Litium-rikkiakut eivät ole koskaan täyttäneet potentiaaliaan seuraavan sukupolven kestävinä akkuina sähköajoneuvoihin tai muihin laitteisiin. Mutta Southern Methodist Universityn professori Donghai Wang ja hänen usean yliopiston ja tutkimuslaitoksen jäsenistä koostuva tutkijaryhmä on löytänyt tavan saada Li-S-akut kestämään pidempään.

Tutkimusryhmä on pystynyt estämään Li-S-akuissa tapahtuvaa ei-toivottua polysulfidien liukenemista joka ilmaantuu käyttöajan myötä ja lyhentää akun käyttöikää.

Nyt ryhmän kehittämä hybridipolymeeriverkkokatodi mahdollistaa Li-S-akkujen tuottamaan yli 900 mAh/g kapasiteettin verrattuna litiumioniakkujen tyypilliseen 150-250 mAh/g kapasiteettiin.

Vastauksena liukenemisongelmiin Wang selittää, että "Katodimme käyttää useita rikkisidosten kiinnittymisiä, atomiadsorptiota ja nopeaa Li-ioni/elektronisiirtoa molekyylitasolla. Tämä yhdistelmä mahdollistaa kaikkien sitoutumattomien rikkilajien reaaliaikaisen uudelleensidoksen ja adsorption, mikä eliminoi tehokkaasti liukoiset polysulfidit ja pidentää akun käyttöikää."

Myös vesipitoiset sinkki-ioni akut ovat nousseet erittäin lupaaviksi sähkökemiallisiksi energian varastointijärjestelmiksi kustannustehokkuutensa, luonnollisen turvallisuutensa ja ympäristökestävyyden vuoksi.

Münchenin teknisen yliopiston (TUM) tutkijat ovat kehittäneet erityisen suojakerroksen sinkkianodille, ja sitä kautta pidentää tämän akkutekniikan käyttöikää useilla suuruusluokilla. Suojakerros voittaa aiempia ongelmia, kuten neulamaisten sinkkidendriittien kasvua sekä ei-toivottuja kemiallisia sivureaktioita, jotka laukaisevat vedyn muodostumisen ja korroosion.

Tutkimusryhmä käyttää tähän tarkoitukseen huokoista orgaanista polymeeriä nimeltä TpBD-2F. Tämä materiaali muodostaa vakaan, erittäin ohuen ja erittäin järjestyneen kalvon sinkkianodille, jolloin sinkki-ionit voivat virrata tehokkaasti nanokanavien läpi pitäen samalla veden poissa anodista.

Vesipohjaisien sinkki-ioni akkujen laajaa käyttöönottoa estää myös tarve kehittää katodimateriaaleja, jotka voivat tehokkaasti lisätä ja poistaa sinkki-ioneja säilyttäen samalla vakaan monia työjaksoja kestävän akun.

Drexelin yliopiston professori Ekaterina Pomerantseva on saanut kolmivuotisen apurahan tutkiakseen strategioita, joilla parannetaan kerrostettujen vanadiinioksidikatodien työjaksovakautta sinkki-ioni akuissa sekä hitaiden että nopeiden akkutoimintojen osalta.

Tämä projekti hyödyntää MXene-nanohiutaleita esiasteena ainutlaatuisten morfologioiden ja virittävien rakenteiden luomiseksi vanadiinioksidielektrodeihin, mikä parantaisi sinkki-ionien diffuusiota, sähkönjohtavuutta ja yleistä sähkökemiallista vakautta näissä akuissa.

Pennsylvanian yliopiston tutkijat ovat ryhtyneet tutkimaan itsekorjautuvien materiaalien käyttöä akkujen elektrodeissa.

Mitä enemmän litiumia, natriumia tai magnesiumia akkumateriaali voi varastoida, sitä enemmän se laajenee ja kutistuu latauksen ja purkamisen aikana, mikä johtaa vahvaan tilavuuden muutokseen.

Professori Eric Detsin ryhmä tutkii eri materiaaleja kehittääkseen elektrodeja, jotka siirtyvät nestemäisen ja kiinteän tilan välillä välttääkseen vaurioita latausjaksojen aikana, mutta ovat silti helppoja valmistaa.

Heidän viimeisin kokeellinen gallium-indium anodi selviytyi 2000 latausjaksosta säilyttäen samalla 91 % akun kapasiteetista.

Aiheesta aiemmin:

Nanorakenteet tehostavat litium-rikki akkuja

Uusi näkemys moniarvoisten akkujen suunnitteluun