Piitä sittenkin Li-ion-akkuun

10.06.2013

standford-pii-elektrodit-litium-ioni-akulle-t-250.jpgPiipohjaisia elektrodeja on yritetty kehittää litium-ioni-akkuihin jo pitkään. Piillä on kymmenkertainen varauskapasiteetti hiileen verrattuna mutta ongelmana on, että pii laajenee ja murenee.

Stanfordin yliopistossa toiminut tutkijaryhmä on nyt kehittänyt anoditekniikan, jossa polymeerillä päällystetyt piin nanohiukkaset sijoitetaan johtavan hydrogeelin sisälle.

Tekniikka mahdollisti tutkijoiden luoda vakaan litium-ioni-akun, joka säilyttää suuren varauskapasiteetin yli 5000 lataus- ja purkamisjakson ajan.

Huokoinen hydrogeelimatriisi on täynnä tyhjiä tiloja, jotka mahdollistavat piinanohiukkasten laajenemisen. Matriisi muodostaa samalla kolmiulotteisen sähköä johtavan verkoston.

Tutkimuksissa yksinkertainen hydrogeelin ja piin seos osoittautui vähemmän tehokkaaksi kuin tutkijoiden viimeistelemä tekniikka, jossa johtavalla polymeerillä pinnoitettujen piinanohiukkasten ympärille muodostetaan kolmiulotteinen hydrogeeliverkosto.

Hydrogeeli koostuu pääasiassa vedestä, mutta juuri se voi aiheuttaa litium-ioni-akkujen syttymisvaaran. Sen välttämiseksi rakenteesta poistetaan vesi lopullisessa tuotantovaiheessa.

Vaikka useita teknisiä ongelmia on vielä jäljellä, tutkijat ovat optimistisia mahdollisista kaupallisista sovelluksista uudelle tekniikalle luoda elektrodi piistä tai muista materiaaleista.

Tutkimuksessa sovellettu elektrodin valmistusprosessi on myös lupaavasti yhteensopiva nykyisten akkujen valmistustekniikan kanssa. Lisäksi pii ja hydrogeeli ovat edullisia ja helposti saatavilla olevia materiaaleja.

Technische Universität Münchenin (TUM) tutkijat ovat puolestaan syntetisoineet boorista ja piistä valmistetun materiaalin, joka sopisi anodiksi litium-ioni-akuille.

Syntyneessä LiBSi2-materiaalissa boori- ja piiatomit ovat yhdistyneet toisiinsa samaan tapaan kuin timantissa mutta ne muodostavat siihen lisäksi kanavia, jotka tarjoavat periaatteessa mahdollisuuden varastoida ja vapauttaa litiumatomeja, kerrotaan tutkimustiedotteessa.

Kuitenkin materiaali on tuotettava korkeassa 100000 atmosfäärin paineessa ja 900 asteen lämpötilassa, joten materiaalille etsitään sovelluksia muun muassa keinotekoisena timanttina.

Aiheesta aiemmin:

Huokoista ja murskattua

26.06.2020Magnon-kytkin teollisesti hyödyllisillä ominaisuuksilla
25.06.2020Mikroaaltovahvistin joustavalle puukalvolle
24.06.2020Eksitoneja ja kvanttimateriaaleja
23.06.2020Anturien 3D-tulostus suoraan sydämeen
19.06.2020Tallennusta, logiikkaa ja skyrmioneja
18.06.2020Perusteita tehokkaammille akuille
17.06.2020Lomittaa molekyylejä ja atomeja
16.06.2020Intuitiivinen ohjelmointikieli kvanttitietokoneille
15.06.2020Kontakteja 2D-transistoreille
12.06.2020Molekyylit tarjoavat satakertaisen muistin

Siirry arkistoon »