Uusia rakenteita Litium-ioni akuille

23.04.2019

ARGONNE-litiumi-lapi-kiintean-materiaalin-300-t.jpgLitiumionit diffusoituvat nopeasti perovskiitin hilassa, aineessa jota kutsutaan samarium-nikkelaatiksi.

Argonne National Laboratoryn sekä Purduen ja Rutgersin yliopistojen tutkijat ovat löytäneet lupaavan kiinteän materiaalin, joka johtaa litiumioneja.

Ionien kuljettaminen materiaalien läpi on keskeisessä asemassa monissa sähköjärjestelmissä - akuista aivoihin.

Tutkimuksessa osoitettiin, että kiinteä samarium-nikkelaatti kuljettaa nopeasti litiumioneja tietyissä olosuhteissa.

Argonnen tutkija Subramanian Sankaranarayananin mukaan ”Olemme tunnistaneet materiaalin, jolla on parempia eristysominaisuuksia kuin nesteellä ja ionien johtavuus, joka on harvinaista kiinteälle aineelle.”

”Olemme tunnistaneet materiaalin, jolla on parempia eristäviä ominaisuuksia kuin nestemäisillä elektrolyyteillä, kuten alkyylikarbonaateilla, joita yleisesti käytetään nykyisissä akuissa ja ionien johtavuutta, joka on harvinaista kiinteälle aineelle”, sanoi Subramanian Sankaranarayanan.

Tiedemiehet aikovat tutkia muitakin materiaaleja, joilla voi olla samankaltaisia ominaisuuksia tunnistaakseen muita ioneja, joita samarium nikkeli voi johtaa.

Argonne-litiumi-nopea-lataus-RPI-300-t.jpgNopeasti ladattavan ja suurella kapasiteetilla toimivan litium-ioniakun luominen on puolestaan Rensselaerin ammattikorkeakoulun julkaiseman tutkimuksen mukaan mahdollista.

Perinteisessä litiumioniakussa anodi on tehty grafiitista ja katodi litiumkobolttioksidista. Nämä materiaalit toimivat hyvin yhdessä mutta Rensselaerin tutkijat uskovat, että toimintoa voidaan vielä parantaa.

Tällä kertaa tutkijatiimi paransi Li-Ion akun suorituskykyä korvaamalla kobolttioksidin vanadiinidisulfidilla (VS2).

Se antaa enemmän energiatiheyttä, koska se on kevyt ja tuottaa nopeamman latauskyvyn, koska aine on erittäin johtava. Aiemmin VS2:n potentiaalia haittasi sen epävakaus mutta nyt tutkijat löysivät sen mistä tämä epävakaus johtui ja kehittivät myös keinon torjua sitä.

He havaitsivat, että hiutaleiden peittäminen titaanidisulfidin (TiS2) nanokerroksisella pinnoitteella vakauttaa VS2-hiutaleet ja parantaa niiden suorituskykyä akussa.

Argonne-litiumi-rikki-hybridi-katodi-MIT-300-t.jpgMIT:n ja kiinalaiset tutkijat kertovat tuovansa litiumakkujen kehitykselle uuden katodin. Heidän kehittämät hybridit katodit voisivat antaa enemmän tehoa tietylle painolle ja tilavuudelle.

Tutkijoiden hybridikatodissa yhdistyy kaksi aiemmin käytettyä lähestymistapaa. Yksi tapa on energiatuotannon nostaminen kiloa kohti (gravimetrinen energiatiheys) ja toinen energiaa litraa kohti (tilavuudellinen energiatiheys).

Nykyisien litiumioniakkujen katodit on yleensä valmistettu siirtymämetallioksidista mutta rikkikatodeilla varustetut akut katsotaan lupaavaksi vaihtoehdoksi painon vähentämiseksi.

Rikkikatodin suunnittelussa joudutaan kuitenkin tekemään kompromissi.

Ne voidaan toteuttaa joko interkalaatioon tai muunnokseen perustuen. Interkalaatiotyypit, kuten litiumkobolttioksidi antaa suuren tilavuudellisen energiatiheyden ja ne voivat säilyttää rakenteensa ja ulottuvuutensa vaikka sisällyttävät litiumatomit kiteiseen rakenteeseensa.

Muunnostyypissä käytetään rikkiä, joka transformoituu rakenteellisesti ja väliaikaisesti jopa liukenee elektrolyyttiin. Teoreettisesti näillä on erittäin hyvä gravimetrinen energiatehokkuus mutta tilavuustiheys on alhainen.

Uudessa hybridijärjestelmässään tutkijat ovat onnistuneet yhdistämään nämä kaksi lähestymistapaa uuteen katodiin, joka sisältää sekä molybdeenisulfidin tyypin, nimeltään Chevrel-faasin, että puhdasta rikkiä, jotka yhdessä näyttävät tarjoavan molempien parhaat puolet.

Aiheista aiemmin:

Ionijohteita uusille teknologioille

Lisäkalvo tekee litiumioniakuista turvallisia

22.05.2019Erittäin nopeita magneettisia muisteja
21.05.2019Happea akkujen kehitykseen
20.05.2019Neulanreiät hologrammeja tuottamaan
17.05.2019Lasketaan nopeammin kvasihiukkasilla
16.05.2019Kondensaattoreita tulostamalla
15.05.2019Kvanttitietotekniikkaa grafeenin ja piin avulla
14.05.2019Suurtaajuussiirto tehostuu grafeenilla
13.05.2019Aivomaista tietotekniikkaa
11.05.2019Kvanttitason mittauksia
09.05.2019Tehokkaampia muistimateriaaleja
08.05.2019Lämpösähköä spinien tasolta
07.05.2019Suurin ja nopein optinen kytkinpiiri
06.05.2019Tehokkaita lämpöjohteita nanoelektroniikalle
03.05.2019Monenlaista ledien värien hallintaa
02.05.2019Staattinen negatiivinen kondensaattori
30.04.2019Kompaktia pitkäaaltoista viestintää
29.04.2019Nanoklustereista puolijohteita
26.04.2019Uudenlainen spintransistori
25.04.2019Aurinkoa seuraten
24.04.2019Kvanttimateriaali aivojen kaveriksi
23.04.2019Uusia rakenteita Litium-ioni akuille
18.04.2019Spinaaltoja nanoelektroniikkaan
17.04.2019Huonelämpötilassa toimivia keinotekoisia atomeja
16.04.2019Uusi ihmemateriaali: yksittäisiä 2D-fosforeeninauhoja
15.04.2019Eksoottisia kvanttivaikutuksia
12.04.2019Fononeja suunnaten ja laseroiden
11.04.2019Kuparipohjainen vaihtoehto kullalle
09.04.2019Vanhassa vara parempi
08.04.2019Mainoksen esittelyteksti
08.04.2019Tehokkaita ledejä nanolangasta
05.04.2019Nanogeneraattori kankaalle 3D-tulostuksella
03.04.2019Topologiaa valoaalloille
02.04.2019Kolme mittausta yhdellä selluanturilla
01.04.2019Monipuolisia orgaanisia transistoreita
29.03.2019Kvanttisimulointia valolla
28.03.2019Sähköä syöviä mikrobeja
27.03.2019Proteiini tarjoaa vaihtoehtoja ionijohteille
26.03.2019Metamateriaali ratkoo yhtälöitä
25.03.2019Molekyylimoottorit toimivat yhdessä
22.03.2019Laveampaa kvantti-informaation vaihtoa
21.03.2019RF-fotoneja ja kvanttihyppyjä
20.03.2019Säädettävää ja äänennopeaa lämmönjohdetta
19.03.2019Molekyylielektroniikan toimintoja kvantti-interferenssillä
18.03.2019Nesteitä ja molekyylejä sähkön tuottajiksi
15.03.2019Moiré-kuviot tuottavat superhiloja
14.03.2019Kvanttivaloa ja kvanttipisteitä
13.03.2019Kävisikö pii sittenkin akkuanodiksi
12.03.2019DNA-tietotekniikka tehostuu
11.03.2019Kvanttianturi tehostaa syövän hoitoa
08.03.2019Miten olisi magnonielektroniikka?
07.03.2019Spintroniikka näyttää kykynsä
06.03.2019Eriväristen fotonien lomittaminen
05.03.2019Ionisia transistoreita bioelektroniikalle
04.03.2019Valon ansoittaminen kolmiulotteisesti
04.03.2019Muokattava kaistaero grafeenilla
28.02.2019Magneettisuus kääntyy sähkökentällä
27.02.20193D-tulostuksella mekaanisia logiikkaportteja
26.02.2019Kertakäyttöisiä antureita 3D-tulostuksella
25.02.2019Kierteisiä elektroneja ja eksitoneja
25.02.2019Käännetään ledi jäähdyttäjäksi
21.02.2019Monimuotoisia kaksiulotteisia
20.02.2019Huonelämpöinen alusta kvanttiteknologialle
19.02.2019Lisäkalvo tekee litiumioniakuista turvallisia
18.02.2019Uusia materiaaleja elektroniikalle
15.02.2019Elektronien nestettä huonelämpötilassa
14.02.2019Parempaa orgaanista seostusta ja rajapintoja
13.02.2019Eksitoneja, bieksitoneja ja polaritoneja samassa materiaalissa
12.02.2019Muistitekniikan kehityssuuntia
11.02.2019Vähemmän kohinaa
08.02.2019Protoneista akkujen varausten siirtäjä?
07.02.2019Negatiivista kapasitanssia
06.02.2019Grafeeniantureita aivoihin ja mikropiireille
05.02.2019Hiilidioksidipäästöt vedyksi ja sähköksi
04.02.2019Nopeutta orgaanisille akuille
01.02.2019Kahdenlaisia varauksenkantajia suprajohteissa
31.01.2019Energian keruuta MEMS:llä ja fraktaaleilla
30.01.2019Anturiverkoille mallia sammakoilta
29.01.2019Valon ohjelmointia sirulla
28.01.2019Kemiallista logiikkaa
25.01.2019Lentäviä optisia kissoja kvanttiviestintään
24.01.20193D-printattua pietsomateriaalia
23.01.2019Epätavalliset ratkaisut tehostavat magnesiumakkuja
22.01.2019Valolla kirjoitettavia magneettisia muisteja
21.01.2019Tehokkain kvanttitietokone yhden atomin kubitilla
18.01.2019Läpimurtoja orgaaniselle elektroniikalle
17.01.2019Virtausanturi verelle
17.01.2019Suunniteltuja materiaaleja fotonien hyödyntämiseksi
15.01.2019Perovskiitista spintroniikan perusta?
14.01.2019Spinkuvioita korkean lämpötilan suprajohteissa
11.01.2019Kvanttimateriaaleja puolijohteiden tilalle
10.01.2019Eksitonit avaavat tietä tehokkaampaan elektroniikkaan
09.01.2019Ympäristö muuttaa molekyylin kytkimeksi
08.01.2019Itseoppimiseen tukeutuva konenäkö
07.01.2019Parempia Li-Ion -akkuja
04.01.2019Biologinen salausavainjärjestelmä
03.01.2019Origamilla mukautuva antennijärjestelmä
02.01.2019Topologisia LC-piirejä valo- ja mikroaalloille
31.12.2018Kytkin solussa sähköistää elämää
28.12.2018Yksikiteistä hybridiperovskiittia elektroniikkaan
21.12.2018Verkostoituminen menee kvanttiseksi

Näytä lisää »