Uudella elektrolyytillä ilman oikosulkuja

Oikosulkuja aiheuttavat dendriitit ovat nykyakkujen käytettävyyttä pahiten rajoittava tekijä. Käytännössä ne rajoittavat akkujen käyttöikää.

Pacific Northwest National Laboratoryn (PNNL) tutkijat ovat vihdoin kehittäneet piikkimäisiä dendriittejä tuottamattoman elektrolyytin. Aiemmat pyrkimykset rajoittaa dendriittien syntymistä ovat yleensä vain hidastaneet niiden kasvua tai sitten heikentäneet akkujen suorituskykyä.

"Uusi elektrolyytti tuottaa litium-akuille yli 99 prosenttisen Coulombin höytysuhteen ja yli kymmenkertaisen sähkövirran alaa kohti kuin aiemmat tekniikat", toteaa fyysikko Ji-Guang Zhang.

"Tämä uusi löytö voisi käynnistää tehokkaiden ja käytännöllisten seuraavan sukupolven akkujen kuten litium-rikki, litium-ilma ja litium-metalli akkujen kehittämisen", toteaa Zhang tutkimuslaitoksensa tiedotteessa.

Litium-akkujen ongelma on, että litiumia kuljettava elektrolyytti reagoi litiumanodilla ja aiheuttaa puumaisten oikosulkuja tuottavien kiteiden kasvun.

Tutkijat huomasivat, että joillakin tutkijaryhmillä on ollut jonkin verran menestystä elektrolyyteissä, joilla on korkea suolapitoisuus joten he päättivät käyttää suuria määriä litium bis (fluorisulfonyyli) imidi -suolaa. Se sekoitettiin dimetoksietaani -liuottimeen.

Tällaisella elektrolyytillä varustettu kokeilukenno ei tuottanut anodille dendriittejä (kuva a) vaan ohuen ja suhteellisen tasaisen kerroksen litiumkyhmyjä (kuva b), jotka eivät aiheuta oikosulkuja.

Kokeiluissa litium-litium kennoa käytettiin 10 mA cm-2 virralla yli 6000 lataus/purkujaksoa ja kupari-litium kennoa 4 mA cm-2 virralla yli 1000 työjaksoa. Näiden keskimääräinen coulombinen hyötysuhde ylti 98,4 prosenttiin.

Useimmat nykyakkujen litiumanodit toimivat virtatiheydellä noin yksi milliampeeri neliösenttimetriä kohden ja vikaantuvat alle 300 työjakson jälkeen.