Lupaava piianodi litium-ioni-akulle

Waterloo tutkijat ovat kehittäneet tekniikan, joka lupaa 40 - 60 prosentin kasvua litiumioniakkujen energiatiheyteen.

Nykyiset litiumioniakut käyttävät anodissa yleensä grafiittia. Pii olisi lupaava vaihtoehto ja sen käyttöä ovat yrittäneet monet tutkijat mutta sen tilavuuden muutoksen aiheuttamaan materiaalin vähittäiseen hajoamiseen ei oikein ole löytynyt konstia.

Tämän ongelman ratkaisemiseksi, professori Zhongwei Chen vetämän Waterloon ryhmä yhdessä General Motorsin tutkimusyksikön kanssa kehitti taloudellisen lämpökäsittelyn piipohjaisien litium-ioniakkujen elektrodien valmistamiseksi

Menetelmä minimoi tilavuuskasvun ja samalla kasvattaa litium-ioni-akkujen suorituskykyä yli 1000  mAhg-1 yli 2000 työjaksolle 2Ag-1 käytöteholla. Grafiittianodilla teoreettinen maksimikapasiteetti olisi 370 mutta piianodilla peräti 4200 mAhg-1.

Elektrodirakenteessa hyödynnetään piinanopartikkelien kovalenttisia vuorovaikutuksia rikillä seostetun grafeenin kanssa. Lisäksi syklisoitu polyakrylonitriili (c-PAN) tuottaa rakenteelle vankan nanoarkkitehtuurin.

Nanoarkkitehtuuri alensi elektrolyytin kontaktia elektrodiin, johtaen paitsi korkeaan varaushyötysuhteeseen (coulombic efficiency) 99,9 %, mutta myös säilyttäen hyvän vakauden jopa korkealla 3,4 mAh cm-2 elektrodikuormalla.

Työjaksoissaan piin nanohiukkaset muuttuvat amorfiseksi rakenteeksi joka leviää ja rajoittuu rikkiseostetun grafeenin ryppyihin ja kapseloituu c-PAN- rakenteen kanssa ja hyödyntäen kovalenttisia vuorovaikutuksia ympäristönsä kanssa, jossa suuria rikki- ja hiilimääriä.

Professori Chen odottaa tekniikan kaupallistamista ja uusia akkuja markkinoille jo seuraavan vuoden kuluessa.