Litium-rikki akkuja sähköautoille

Sähköautojen myötä litium-rikki akut ovat intensiivisen tutkimuksen kohteina koska sellaiseen mahtuu jopa neljä kertaa enemmän energiaa per massa kuin litium-ioni-akkuihin. Lisäksi se on myrkytön, edullinen ja siinä on vähemmän turvallisuusongelmia kuin litium-ioni akussa.

Hankalampi seikka on, että litium-rikki akuilla on paljon lyhyempi käyttöikä koska katodin rikki liukenee akun elektrolyyttinesteeseen. Lopulta se kehittyy kalvoksi litiumia sisältävän anodin pinnalle ja riittävän paksuksi kasvaneena tekee akusta käyttökelvottoman.

Useimmat alan tutkimukset ovat keskittyneet estämään rikkivuotoa mutta jotkut tutkimukset ovat osoittaneet, että akku voisi toimia vuodosta huolimatta. Siksi Pacific Northwest National Laboratoryn (PNNL) tutkijat keskittyivät tuottamaan anodille sitä suojaavan kilven.  

Suojakilpi tehtiin grafiitista ja se siirtää rikin sivureaktioita pois litiumin pinnalta, estäen akun pilaavan kerrosten kasvamista. Näin anodista muodostui hybridi, joka nelinkertaisti litium-rikki akkujärjestelmän eliniän. Vaikka rikki edelleen liukenee elektrolyyttiin niin tutkijoiden akku toimi yli 400 lataus-purkausjaksoa vain 11-prosenttisella tallennuskapasiteetin laskulla.

Aihetta on tutkittu muuallakin. Kesällä Oak Ridge National Laboratoryn (ORNL) tutkijat kehittivät liukenemisongelman ratkaisuksi kiinteän elektrolyytin litium-rikki akun. Sekin saavutti noin nelinkertaisen energiatiheyden perinteiseen litium-ioni-teknologiaan verrattuna.

Katodissa käytettiin runsasrikkisiä materiaaleja, jotka johtavat ioneja ja litiummetallin oksideita. Se yhdistettiin litiumanodin kanssa kiinteään elektrolyyttimateriaaliin.

Marraskuussa Berkeley Labin tutkijat esittelivät laboratoriossaan litium-rikki akkua, jolla on kaksinkertainen energiatiheys kuin litium-ioni akuilla mutta se kestää yli 1500 lataus-purkauskertaa.

Berkeley Labin akku antaa energiaa 500 wattituntia per kilogramma ja vielä tuhannen latauskerran jälkeenkin 300 Wh/kg. Sekin on enemmän kuin nykyisten litium-ioni akkujen 200 Wh/kg.

Jos sähköautolla halutaan ajaa noin 500 kilometriä yhdellä latauksella akun energiatiheys pitäisi olla Berkleyn tutkijoiden mukaan 350 – 400 wattituntia per kilogramma. Ja akkujen tulisi kestää vähintään 1000 mutta mieluiten 1500 latauskertaa.