Tarvitsevatko akut lääkettä?

Aivan kuten ihmisetkin, akut tarvitsevat lääkettä toimiakseen parhaalla mahdollisella tavalla. Akkuteknologiassa tämä lääke on elektrolyyttilisäaineiden muodossa, jotka parantavat suorituskykyä muodostamalla vakaita rajapintoja, alentamalla resistanssia ja lisäämällä energiakapasiteettia.

Oikean elektrolyyttilisäaineen löytäminen akulle on kuin oikean lääkkeen määräämistä. Satojen vaihtoehtojen ollessa harkittavana, parhaan lisäaineen löytäminen kullekin akulle on haastavaa valtavan määrän ja perinteisten kokeellisten menetelmien aikaa vievän luonteen vuoksi.

Argonnen kansallisen laboratorion tutkijat käyttävät koneoppimismalleja analysoidakseen tunnettuja elektrolyyttilisäaineita ja ennustaakseen yhdistelmiä, jotka voisivat parantaa akun suorituskykyä. He kouluttivat malleja ennustamaan keskeisiä akun mittareita, kuten resistanssia ja energiakapasiteettia, ja sovelsivat näitä malleja ehdottaakseen uusia lisäaineyhdistelmiä testausta varten.

Yhdistämällä koneoppimisen kokeelliseen testaukseen tutkijat tunnistivat nopeasti tehokkaita elektrolyyttilisäaineita, mikä nopeutti löytöprosessia verrattuna perinteisiin menetelmiin, jotka ovat kalliita ja aikaa vieviä.

Litiumista, nikkelistä, mangaanista ja hapesta koostuvat LiNi_0.5Mn_1.5O₄ -akut, jotka tunnetaan nimellä LNMO, toimivat korkealla jännitteellä ja tarjoavat merkittäviä etuja perinteisiin akkuihin verrattuna. Niillä on suurempi energiakapasiteetti ja ne poistavat koboltin tarpeen, joka on toimitusketjuongelmiin liittyvä kriittinen materiaali.

Vaikka LNMO -akkujen korkeampi jännite tarjoaa etuja, se tuo mukanaan myös merkittäviä haasteita. Matkapuhelinten akut ja yksittäiset sähköajoneuvojen kennot toimivat tyypillisesti matalalla jännitteellä, noin 4 voltilla. Mutta 5 voltilla toimiva LNMO- akku ylittää reilusti minkään tunnetun elektrolyytin stabiiliusrajan.

”Korkea jännite tarkoittaa yleensä suurta energiatiheyttä”, selitti Chen Liao, Argonnen kemisti ja vanhempi tutkija Chicagon yliopistosta.” Mutta se tuo mukanaan myös lukuisia haasteita, koska elektrolyytti ja katodi ovat erittäin jännitteisessä tilassa, mikä voi johtaa hajoamiseen. Käyttö niin korkealla jännitteellä voi olla sekä siunaus että kirous – akkumateriaalien on oltava poikkeuksellisen vakaita.”

Elektrolyyttilisäaineen lisääminen LNMO-akkuun voisi auttaa rajoittamaan hajoamista ja parantamaan akun suorituskykyä. Tutkijat havaitsivat, että ihanteellinen lisäaine hajoaa muutaman ensimmäisen akkusyklin aikana muodostaen vakaan rajapinnan molemmille elektrodirajapinnoille. Tämä kerros auttaa pienentämään akun sisäistä resistanssia.

Lisäaineen käyttö on myös taloudellinen lähestymistapa. Akkujen valmistusprosessit ovat kypsiä eivätkä todennäköisesti muutu, mutta pelkkä lisäaineen lisääminen elektrolyyttikoostumukseen on yksinkertainen muutos.

"Ajattele lisäainetta lääkkeenä", Liao sanoi." Se parantaa akun kestoa."

Aiheesta aiemmin:

Akkujen itsepurkautumisesta ja uusista ratkaisuista

Sinkkipohjaisia akkuja turvallisemman energian saamiseksi

Lisää vettä litiumioni-akkuun