Turvallisempia litium-ioni-akkuja

Aalto yliopiston professori Maarit Karppisen tutkimusryhmä kehittää autojätti Toyotalle parempia akkumateriaaleja atomikerroskasvatuksen avulla.

Toyotan ja Aallon projektissa menetelmää hyödynnetään turvallisempien litiumioniakkujen valmistamiseksi. Tavoitteena on pystyä korvaamaan normaalisti käytettävä nestemäinen, syttymisherkkä elektrolyytti kiinteän olomuodon elektrolyytillä.

Lisäksi tavalliset liuosmaiset elektrolyytit heikkenevät käytön myötä. Kiinteän olomuodon elektrolyytti on stabiili, mutta siinäkin elektrodien pinnalle muodostuu passivoiva kerros. Usein kerros on niin paksu, että akkua voi käyttää vain pienellä teholla.

”Meidän ideamme on päällystää positiivisen elektrodin partikkelit sopivalla materiaalilla atomikerroskasvatuksella niin, että niiden päälle muodostuu parin nanometrin suojaava kerros, joka estää elektrodin reagoimisen elektrolyytin kanssa mutta sallii silti litiumionien kulkeutumisen”, kuvailee Mikko Nisula tutkimusprojektin ideaa.

Toyotan kaltaiselle yritykselle turvalliset ja toimivat akut ovat elintärkeitä. ”Liikenneonnettomuudessa syttymisherkkä akku voi olla suuri riski”, Mikko Nisula muistuttaa. ”Toimiessaan ideamme pidentää myös akkujen käyttöikää. 

Myös Standfordin yliopiston tutkijat ovat paneutuneet litium-ioniakkujen turvallisuusongelmaan. He ovat kehittäneet akun erottimeen varoitusjärjestelmän, joka ilmaisee oikosulun uhan.

Idea perustuu siihen, että varsinkin ylilatauksen aikana akkupiiriin syntyy niin sanottuja denriittejä, jotka erottimen läpi edetessään aiheuttavat anodin ja katodin välille oikosulun ja siten palovaaran.

Ongelman ratkaisemiseksi, professori Yi Cui ja hänen kollegansa sijoittavat kuparisen nanokerroksen yhdelle puolelle polymeerierotinta. Kuparikerrosta voi sitten käyttää mittapisteenä seuraamaan jännite-eroa anodin ja erottimen välillä.

Kun dendriitit ulottuvat kuparipinnoitukseen jännite laskee nollaan. Siten se on varoitus siitä, että akku on poistettava ennen kuin dendriitit ulottuvat katodille asti ja johtavat oikosulkuun.