Kohti anoditonta kiintoaineakkua

Mekaniikka- ja ilmailutekniikan apulaisprofessori Kelsey Hatzell työryhmineen on tuonut esiin oivalluksia, jotka voivat auttaa uudentyyppiset anodittomat kiintoaineakut ylittämään litiumionien rajoitukset.

Ymmärtämällä, kuinka nämä kehittyneet kiintoaineakut toimivat ja epäonnistuvat erilaisissa käyttöolosuhteissa, Hatzellin tutkimus antaa tietoa pyrkimyksistä parantaa niiden suorituskykyä ja valmistettavuutta ja auttaa niitä siirtymään laboratoriosta todelliseen maailmaan puhtaan energian siirtymistä tukemaan.

"Jos voimme menestyksekkäästi ottaa käyttöön nämä alalla esiin tulevat akut, voimme saavuttaa energiatiheyksiä, jotka ovat mahdottomia perinteisillä akuilla", sanoi Hatzell.

Anoditon akku tarkoittaa, että niissä ei ole negatiivista elektrodia. Sen sijaan ionit virtaavat positiivisesta katodista suoraan akun virrankerääjään, jonne ne muodostavat ohuen metallikerroksen akun latautuessa.

Anodin poistaminen tekee akusta halvemman ja jopa kompaktimman kuin tavalliset kiintoaineakut. Samalla vältytään suurelta käyttöönoton pullonkaulalta tavallisiin kiintoaineakkuihin verrattuna, koska useimpien kiintoaineakkujen anodi on litiummetallikalvo, joka vaatii erikoistuneita valmistusmenetelmiä.

"Jos voisit koota akun ilman litiummetallianodia, keventäisit huomattavasti kustannuksia samalla kun hyödynnät olemassa olevia valmistusprosesseja", Hatzell sanoi.

Vaikka nämä seuraavan sukupolven akut kuulostavat hyviltä paperilla, ne kohtaavat käytännössä monia haasteita. Tärkein niistä on hyvän kontaktin varmistaminen kiinteän elektrolyytin ja virrankerääjän välillä.

"Pyhä Graalin malja tällä alueella on selvittää, kuinka säilyttää kiinteä kontakti normaaleissa paineissa, koska virheettömän elektrolyytin valmistaminen on käytännössä mahdotonta", Hatzell sanoi. "Jos haluamme hyödyntää näiden akkujen potentiaalia, meidän on ratkaistava kontaktiongelma."

Tutkimustyö osoitti, että oli mahdollista saavuttaa tasaisempi ionipinnoitus ja strippaus asettamalla ohut pinnoite virrankerääjän ja elektrolyytin väliin paremman ionikuljetuksen helpottamiseksi.

Tutkijat testasivat useita näistä pinnoitteista, joita kutsutaan välikerroksiksi, selvittääkseen, kuinka niiden rakenne ja koostumus vaikuttivat ionien pinnoittumiseen keräimeen akun latauksessa.

Osoittautui, että välikerrokset, joissa oli pienempiä, 50 nanometrin hopeahiukkasia, tukivat tiheämpiä ja yhtenäisempiä rakenteita, mikä johti akkuihin, joilla on suurempi vakaus ja suurempi teho.

"Vain muutama ryhmä on tutkinut todellisia prosesseja, jotka tapahtuvat näissä välikerroksissa", Se Hwan Park sanoi. "Muiden löydösten lisäksi osoitimme, että näiden järjestelmien stabiilius liittyy metallin morfologiaan, kun se levittyy ja irtoaa virrankeräimestä."

Aiheesta aiemmin:

Natriumakku ilman anodia

Kohti tehokasta anoditonta natriumakkua