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

17.02.2020Kubitteja keinoatomeista
14.02.2020Kohinalla hehkuttaen
14.02.2020Tehokkaampia sähkökatalyyttisiä reaktioita
12.02.2020Elektroninen nenä MOF-materiaaleista
11.02.2020Uudenlainen elektrodirakenne tehokkaimille akuille
10.02.2020Kvanttitiedonsiirtoa nykyisissä kuituverkoissa
07.02.2020Uusi kvasihiukkanen löydetty: Pi-ton
06.02.2020Resonaattorit hidastavat valoa
05.02.2020Nanoputkien rullasta uudenlaista materiaalia
04.02.2020Tehokkaampaa terahertsitaajuuksien ilmaisua
03.02.2020Ensimmäinen yksikerroksinen amorfinen kalvo
31.01.20205000 vuotta kestävä paristo
30.01.2020Uusia vihjeitä suprajohtavuudesta
29.01.2020Litiumakuille pidempiä ajomatkoja?
28.01.2020Kvanttilämpöä ja kvanttilomittumista mittaillen
27.01.2020Laserdiodi emittoi syvää UV-valoa
24.01.2020Keinoiho magnetismia tunnistavin anturein
23.01.2020Kiertymä muokkaa kaistaeroa
22.01.2020Yleismuistin virstanpylväs
21.01.2020Ensimmäinen antiferromagneettinen topologinen kvanttimateriaali
20.01.2020Nanoantenneja tiedonsiirtoon
17.01.2020Muisteja erittäin kylmään laskentaan
16.01.2020Laskentaa molekyyleillä
16.01.2020Konenäölle nyt myös konesilmät
14.01.2020Piin kvanttibiteillä uusiin ulottuvuuksiin
13.01.2020Uusi menetelmä kestäville GaN-transistoreille
10.01.2020Hiukkaskiihdytin mikropiirille
09.01.2020Biologista energiantuottoa
08.01.2020Kvanttiteleportaatio piifotonisella sirulla
07.01.2020Kohti spintronisia MRAM-muisteja
07.01.2020Tehokas litium-rikki akku
03.01.2020Pieniä parannuksia litiumioni-akuille
02.01.2020Kvanttimateriaalia vaikkapa naamiointiin
02.01.2020Perovskiiteistä löytyy yllätyksiä
31.12.2019Lämpökytkin polymeeristä
30.12.2019Elektroniikka valon nopeudella
23.12.2019Turvallista ja käytännöllistä viestintää
20.12.2019Ferrosähköisyys yhdistää transistorit ja muistit
19.12.2019Kytkettäviä plasmoneja muoveihin
18.12.2019Magnonit töihin
17.12.2019Lämmönsiirtoa tyhjyyden läpi
16.12.2019Nailon ja taivutus vauhdittavat orgaanista elektroniikkaa
13.12.2019Viat saattavat tehostaa akkuja
12.12.2019Hiili ja pii jakavat ja yhdistävät fotoneja
11.12.2019Timanttien avulla parempia superkonkkia
10.12.2019Sähköis-optista tietotekniikkaa
09.12.2019Lämpösähköä hiilinanoputkilla
09.12.2019Valokuitua selluloosasta
05.12.2019Näppärä terahertsinen tekniikka
04.12.2019Palamattomia litium-akkuja
03.12.2019Bittejä ja simulointia atomien mittakaavassa
02.12.2019Metallijohde Cooperin pareilla
29.11.2019Plasmoniikan avulla edullinen monispektrikamera
28.11.2019Hiilinanoputket pääsevät vauhtiin
27.11.2019Löytö ferrosähköisissä tuplaa potentiaalin
26.11.2019Antenni lämpösäteilylle
25.11.2019Jatkuvuutta Mooren laille
22.11.2019Skyrmioneja huonelämpötilassa
21.11.2019Hukkalämpö sähköksi uusin keinoin
20.11.2019Keinotekoiset lehdet tuottavat kaasua ja nesteitä
18.11.2019Fotonikytkin CMOS-piireille
15.11.2019Parempia langattomia anturitekniikoita
13.11.2019Uudenlaisia fotonisia nestekiteitä
12.11.2019Onnistumisia orgaanisissa
11.11.2019Kohti älykkäitä mikrorobotteja
09.11.2019Suomen suurin valtti kybersodassa on luottamus
08.11.2019Jäähdytystekniikkaa 3D-elektroniikalle vaikka avaruuteen
07.11.2019Uusia tiloja grafeenin taikakulmassa
06.11.2019Kohti antiferromagneettisia muisteja
05.11.2019Muuntaa 2D-tasot pehmeiksi ja joustaviksi 3D-rakenteiksi
04.11.2019Tarkempia kiderakenteita ja proteiineja aurinkokennoihin
01.11.2019Kvanttiakussa ei synny häviöitä
31.10.2019Keinoja ja visioita 2D-materiaalien käytölle
30.10.2019Käteviä ADC- ja DAC-muuntimia IoT-aikakaudelle
29.10.2019Kvanttipisteitä edullisesti ja tarkasti
25.10.2019Paljonko on kvanttilaskennan ylivoima?
24.10.2019Tehokkaampia superkondensaattoreita
23.10.2019Uudenlaisia kalvoja hiilinanoputkista
22.10.2019Valolla kohti huonelämpöistä kvanttitietokonetta
21.10.2019Japanissa kokeiltiin petabitin verkkoyhteyksiä
18.10.2019Suprajohtavuutta moduloiden
17.10.2019Spin- ja varausvirran hallintaa
16.10.2019Spektrometriaa sirupiirillä
15.10.2019Uusia ulottuvuuksia printtielektroniikalle
14.10.2019Löytö energiatehokkaalle elektroniikalle
11.10.2019Pikotiedettä ja uusia materiaaleja
10.10.2019Lomittumista 50 kilometrissä valokuitua
09.10.2019Koneoppiminen etsii uusia materiaaleja
08.10.2019Parhaat kahdesta maailmasta: Magnetismi ja Weyl -puolimetallit
07.10.2019Tehokkaampaa energian keruuta IoT-antureille
04.10.2019Uusia kierrätyskelpoisia akkukonsepteja
03.10.2019Supratekniikalla tehokkaampaa tietotekniikkaa
02.10.2019Paramagneettiset spinit tuottavat sähköä lämmöstä
01.10.2019Kolme kertaa parempi infrapunailmaisin
30.09.2019Yksisuuntainen radiotie synteettisellä Hall-efektillä
27.09.2019Katsaus kvanttilaskennan tekniikoihin
27.09.2019Muistipiirejä ilman kerrosrakennetta
25.09.2019Ennätysmäisiä aurinkokennoja
24.09.2019Topologinen eriste fotonien reitittäjäksi
23.09.2019Köyhän miehen kubitti

Näytä lisää »