Läpimurto nopeasti latautuvissa natriumakuissa

Lingnanin yliopiston tutkijat ja heidän yhteistyökumppaninsa ovat julkaisseet uraauurtavan tutkimuksen uudesta "anodittomasta natriumakusta". Se toimii  säätämällä elektrolyytin suolapitoisuutta vähentää oikosulkujen riskiä ja lyhentää käyttöikää pikalatauksen aikana.

Viime vuosina akateeminen sektori on aktiivisesti tutkinut anodittomia natriumakkuja (tunnetaan myös nimellä säiliöttömät natriumakut) mahdollisena vaihtoehtona litiumakuille. Merkittävä kaupallistamisen este on kuitenkin ollut natriumin, alkalimetallin, luontainen pehmeys, joka tekee näistä akuista alttiita oikosuluille ja nopealle kapasiteetin menetykselle pikalatausolosuhteissa.

Lingnanin yliopiston, Tsinghuan yliopiston ja Pekingin teknillisen instituutin yhteinen tutkimusryhmä tunnisti natriumakkujen vakautta säätelevän kriittisen vaiheen: natriumionien laskeumakinetiikan. Nostamalla elektrolyyttisuolapitoisuutta asianmukaisesti ryhmä onnistui siirtämään laskeumaprosessin diffuusio-ohjatusta tilasta varauksensiirto-ohjattuun tilaan, mikä minimoi oikosulkujen riskin ja parantaa siten akun vakautta ja käyttöikää. Lisäksi, koska täysin purkautunut anoditon natriumakku ei sisällä metallista natriumia, tuotanto ja kuljetus ovat turvallisempia.

Laboratoriokokeet vahvistavat, että elektrolyyttisuolan pitoisuuden nostaminen varmistaa paremman natriumionien saannin ja mahdollistaa tasaisemman laskeuman. Natriumlaskeuman kriittinen virrantiheys nousi yli 20 mA cm⁻²:iin, ja akut osoittivat nopeaa 10C-latauskykyä, latautumisen valmistuessa muutamassa minuutissa, mikä on paljon nopeammin kuin kaupallisten litiumioniakkujen tyypillinen 1C-2C-latausnopeus. Lisäksi kennot säilyttivät yli 70 prosenttia kapasiteetistaan 500 lataus-purkaussyklin jälkeen.

Tutkimusryhmä totesi, että tämä läpimurto tarjoaa arvokasta tietoa turvallisten ja vakaiden anodittomien natriumakkujen suunnittelusta ja luo pohjaa tulevaisuuden sovelluksille. He toivovat voivansa laajentaa havaintojaan laboratoriomittakaavan prototyyppien ulkopuolelle suurempiin sovelluksiin sähköajoneuvoissa, uusiutuvan energian varastoinnissa, kuten tuuli- ja aurinkoenergiassa, sekä kulutuselektroniikassa.

Lingnanin yliopiston monitieteisten tutkimusten laitoksen apulaisprofessori ja tutkimusartikkelin toinen vastaava kirjoittaja, professori Li Liangliang, selitti: ”Globaali yhteiskunta on vahvasti riippuvainen sähköajoneuvoista ja elektroniikasta, mutta litiumvarat ovat rajalliset, kalliit ja epätasaisesti jakautuneet, ja niiden uuttoprosessit vahingoittavat maata ja vesistöjä.

Aiheesta aiemmin:

Natriumakku ilman anodia

Kohti tehokasta anoditonta natriumakkua