Uudenlainen litum-happi akku

Litium-ilma-akut ovat kiinnostava tekniikka sähköautoille ja kannettaville elektronisille laitteille, koska ne voivat tuottaa hyvän energian annon suhteessa niiden painoon.

Ongelmana on, että ne hukkaavat paljon ladatusta energiasta lämpönä, hajoavat suhteellisen nopeasti ja vaativat ylimääräisiä komponentteja pumppaamaan ja puhdistamaan happikaasua sisään ja ulos, avoimessa kennokokonaisuudessa.

MIT:n tutkijoiden johdolla on kehitetty uusi litium-happi kemia, jota voitaisiin käyttää käytännöllisempänä suljettuna akkuna ja lupailee vastaavaa teoreettista suorituskykyä kuin nykyiset litium-ilma-akut, mutta ylittäen niiden epäkohdat.

Uutta akkukäsitettä tutkijat kutsuvat nanolithisen katodin akuksi. Sen jännitteiden epäsuhta akun latauksessa ja purkamisessa on saatu putoamaan 1,2 voltista 0,24 volttiin.

Siinä happea ei päästetä missään vaiheessa palaamaan kaasumaiseen muotoon ja tekemisiin kostean ulkoilman kanssa, joten ylimääräiset hapen puhdistuksen laitteet voidaan jättää pois.

Happi pysyy akun sisällä kiinteänä ja muuntuu suoraan kolmen redox-tilan välillä, samalla kun sitoutuu kolmen kiinteän kemiallisien yhdisteen muodossa (Li2O, Li2O2 ja LiO2).

Perinteisessä litium-happi-akussa hapen muunnokset kaasumaisten ja kiinteän muodon välillä tuottavat materiaaleihin suuren määrän muutoksia, jotka ennen pitkää pilaavat rakenteiden sähköistä johtavuutta eli rajoittavat akun käyttöikää.

Uuden koostumuksen salaisuus on nanometrisissä hiukkasissa, jotka sisältävät sekä litiumia että happea lasin muodossa ja rajoittuvat tiukasti kobolttioksidiseen matriisiin. Matriisi stabiloi hiukkaset ja toimii myös katalysaattorina muunnoksille.

Uusi akku on myös luonnostaan suojattu ylilatautumiselta, tutkijat toteavat, koska kemiallinen reaktio on tässä tapauksessa luonnollisesti itserajoittuva. Laboratoriokokeissa uusi akkurakenne läpäisi 120 lataus-purkaussykliä, ja osoitti alle 2 prosentin häviötä kapasiteetissa.

Koska uudet kiinteän hapen katodit ovat paljon kevyempiä kuin perinteiset litium-ioni-akkujen katodit, uusi rakenne voisi varastoida kaksinkertaisen määrän energiaa tiettyyn katodipainoon nähden. Lisäksi nestemäisenä elektrolyyttinä käytettiin halvinta mahdollista eli karbonaattia.

Kaiken kaikkiaan uusi akku järjestelmä on erittäin skaalautuva, halpa ja paljon turvallisempi kuin litium-ilma-akut toteavat tutkijat ja odottavat saavansa aikaan käytännön prototyypin noin vuoden kuluessa.

Aiheesta aiemmin:

Uutta toivoa litium-ilma akulle