Uutta tietoa metalli-happi akkujen reaktioista

Waterloon yliopiston kemistit ovat löytäneet keskeisen reaktion, joka tapahtuu natrium-ilma-akuissa ja selittää, miksi natrium-happi-akut ovat energiatehokkaampia kuin vastaavat litium-happi versiot.

Natrium-happi akku on lupaava metalli-happi akkuyhdistelmä. Vaikka se on vähemmän energiatiheä kuin litium-happi-kennot, niitä voidaan ladata yli 90 prosenttisella hyötysuhteella ja ne ovat tarpeeksi halpoja sähkön jakeluverkkoihin liittyvään energian varastointiin.

Metalli-happi-akuissa käytetään katodina kaasua, joka yhdistää hapen metalliin ja muodostaa metallioksidia, varastoiden elektroneja. Sähkövirran avulla käännetään reaktio ja se palauttaa metallin alkuperäiseen muotoonsa.

Nyt tehdyn löydön avain piilee professori Linda Nazarin ryhmän havainnoista ns protonin faasinsiirto katalyytissä (proton phase transfer catalyst). Eristämällä sen rooli akun purun ja latauksen reaktioissa, parannettiin kapasiteettia ja saavutettiin lähes täydellinen kennon lataus. Kun tutkijat eliminoivat katalyytin järjestelmästä kokonaan, havaittiin, että akku ei enää toiminut.

Natrium-happi kennoissa, katalyytti siirtää natriumin superoksidit (NaO2) liuokseen, jossa ne nukleoituvat selkeiksi nanokiteiksi kasvaen purkutuotteina mikronin kokoisiksi kuutioiksi. Faasinsiirron katalyysi toteuttaa siten näiden NaO2-kuutioiden kasvun ja liukenemisen sekä kennon edestakaisen toiminnan.

Kemiallisesti tämä katalyytti voisi toimia samalla tavalla myös litium-hapen kanssa. Kuitenkin litium superoksidit (LiO2) ovat liian epävakaita ja muuntuvat välittömästi litium peroksidiksi (Li2O2). Ne eivät tässä helpota käänteistä reaktiota, joten lataus- ja purkureaktiot ovat erilaiset.

Jotta saavutettaisiin parannusta litium-happi järjestelmissä, tutkijoiden täytyykin jatkossa löytää jokin hapetus-pelkistyksen apuvälittäjä varamaan kennoa tehokkaasti.