Kehitysaskelia litium-rikki akuille

Teoriassa, litium-rikki akut voivat antaa huomattavasti enemmän energiaa kuin nykypäivän litium-ioni-akut, mutta nykyiset kokeilumallit osoittavat selvää kapasiteetin menetystä vain muutaman lataussyklin jälkeen.

Tästä syystä tutkijat ympäri maailmaa pyrkivät kehittämään katodimateriaaleja, jotka voivat kemiallisesti tai fysikaalisesti rajoittaa eli kapseloida polysulfidit, kuten esimerkiksi titaanidioksidista (TiO2) valmistetut nanohiukkaset.

Joukko on Helmholtz-Zentrum Berlinin (HZB) tutkijoita on valmistanut nanomateriaalia, joka on tehty titaanioksidiyhdisteen (Ti4O7) partikkeleista.

Niille on ominaista erittäin suuri pinta-ala (592 m2/g) ja sitä on testattu katodimateriaaliksi litium-rikki akuille. Tämä erittäin huokoinen nanomateriaali omaa suuren tallennuskapasiteetin, joka pysyy lähes vakiona lukuisien latauksen syklien ajan.

HZB:n ryhmä on nyt valmistanut katodimateriaalia, jossa nanopartikkelit tarjoavat sulkeuman rikille. Ne muodostuvat Ti4O7 molekyyleistä, jotka ovat järjestyneet huokoisiksi pallomaisiksi pinnoiksi. Nämä huokoiset nanopartikkelit sitovat polysulfidit huomattavasti tehokkaammin kuin tavanomaiset TiO2 nanohiukkaset.

Materiaalin ominaiskapasiteetti grammaa kohti on1219 mAh kun esimerkiksi katodimateriaaliksi valmistetun TiO2 nanohiukkasilla se on 683 mAh/g. Materiaalin johtavuutta on mahdollista parantaa kerroksella hiiltä.

Tutkijat ovat kehittäneet sille jo erityisen valmistusprosessin, joka voidaan siirtää kaupalliseen tuotantoon.

Materiaalitutkijat Paul Scherrer instituutista ovat yhteistyössä Université Grenoble Alpesin (Ranska) kanssa kehittäneet menetelmän, joka saattaa mahdollistaa läpimurron litium-rikki akuille.

Uudenlaisilla tutkimusmenetelmillä tutkijat saivat tietoa siitä, miten nopeasti litium-rikki akun kapasiteetin menetys tapahtuu. Menetelmässä käytettiin elektrolyyttiin tuotuja lasikuituja tutkimuksen apuvälineenä mutta yllättäen ne paransivatkin akun toimintakykyä.

Jo aiemmin eräät tutkijat ovat osoittaneet, että kvartsijauhe vuorovaikuttaa materiaalien kanssa litium-rikki akuissa. Nyt havaittiin, että kvartsi sitoo akkua pilaavia polysulfideja samalla tavalla kuin saippua sitoo likaa. Tämä lisää ja säilyttää latauksen kapasiteettia, koska akun sisäosa pysyy puhtaana ja toimintakykyisiä pidemmän aikaa.

Tällä erittäin yksinkertaisella tempulla akun coulombinen tehokkuus kasvoi noin 80 prosentista 90 prosenttiin. Tavanomaisen litiumioniakun coulombinenehokkuus on kuitenkin enemmän kuin 99,9 prosenttia.

Aiheesta aiemmin:

Läpimurtoja rikki-akkujen tutkimuksissa