Piitä sittenkin Li-ion-akkuun

Piipohjaisia 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