Happea akkujen kehitykseen

21.05.2019

Graz-super-litium-happi-akku-300-t.jpgSinglettihapen (1O2) muodostuminen heikentää monien alkalimetallikatodien, kuten Li-O2-katodin, syklisyysvakautta. Tutkija Stefan Freunberger esittää tutkimustyössään tehokkaan ja korkean jännitteen stabiilin 1O2 -sammuttimen, joka vähentää massiivisesti 1O2:een liittyviä sivureaktioita.

TU Grazin tutkijat ovat löytäneet keinon sammuttaa litium-happi parien singlettihapen muodostumista, jotta niiden käyttöikää voitaisiin pidentää.

Stefan Freunberger on kehittänyt uuden sukupolven akkujen suorituskykyä ja pidempää käyttöikää ja ne ovat myös halvempia tuottaa kuin nykyiset mallit.

Vuonna 2017 Freunberger paljasti työssään elävän organismin solun ja akkukennon välisen ikääntymisen yhtäläisyyden. Molemmissa tapauksissa hyvin reaktiivinen singlet-happi on vastuussa ikääntymisprosessista.

Tämä hapen muoto syntyy litium-happi akkujen latauksessa tai purettaessa. Nyt hän on löytänyt keinoja minimoida singlettihapen negatiiviset vaikutukset.

Avain saavutettavaan energiatehokkuuteen on vakailla redox-välittäjillä. Niillä on elintärkeä rooli elektronien kulussa ulkoisen piirin ja varausmateriaalin välillä happiakuissa ja niillä on merkittävä vaikutus myös suorituskykyyn. Välittäjien periaate on lainattu luonnosta, jossa ne ovat vastuussa monista erilaisista toiminnoista elävissä soluissa.

”Tähän asti oletettiin, että superoksidit ja peroksidit deaktivoivat redox-välittäjät. Kokeilumme ovat kuitenkin osoittaneet, että tämä johtuukin singlettihapen toiminnasta, Freunberger toteaa.

Seuraava askel Freunbergerin tutkimuksessa edellyttää hänen havaintojensa yhdistämistä ja uuden välittäjäryhmän kehittämistä. Näiden tulisi olla erityisen vastustuskykyisiä singlettihapen hyökkäykselle ja myös torjua sitä tehokkaasti suorittamalla sammutustoiminto. Tämä lisäisi dramaattisesti litium-happiakkujen käyttöikää ja maksimoi energiatehokkuuden.

Ohio State Universityn tutkijat ovat puolestaan rakentaneet tehokkaamman ja luotettavamman kalium-happi-akun, joka on askel kohti mahdollisia ratkaisuja energian varastointiin sähköverkoissa ja kestävämpiä akkuja matkapuhelimissa ja kannettavissa tietokoneissa.

Kalium-happi akut ovat olleet mahdollisia vaihtoehtoja energian varastoinnille, siitä lähtien kun ne keksittiin vuonna 2013. Ohio Staten tutkijaryhmä osoitti, että akut voivat olla tehokkaampia kuin litium-happi akut säilyttäen samanaikaisesti noin kaksi kertaa enemmän energiaa kuin olemassa olevat litiumioniakut.

Kalium-happipareja ei ole käytetty laajasti energian varastointiin, koska niiden uudelleen varauskyky on riittänyt vain viiteen tai kymmeneen varauskertaan. Heikkeneminen johtui hapen hiipimisestä akun anodiin ja aiheutti siten sen heikkenemisen.

Tutkija Paul Gilmore ryhtyi sisällyttämään polymeerejä katodiin nähdäkseen, voisiko näin suojata anodia hapelta. Tutkimuksissa havaittiin, että turvotuksella polymeerissä oli keskeinen rooli sen suorituskyvyssä.

Johtavasta polymeeristä valmistettu kerros mahdollistaa kaliumionien liikkumisen koko katodin läpi, mutta rajoittaa molekyylihappea pääsemästä anodiin.

Suunnitelma tarkoittaa, että akku voidaan ladata vähintään 125 kertaa, jolloin kalium-happi akut tuottavat yli 12-kertaisen pitkäikäisyyden edullisilla elektrolyyteillä.

Aiheesta aiemmin:

Läpimurtoja litium-happi akun tutkimuksissa

Palamattomia ja tehokkaampia akkuja

Aurinkoakku toimii valolla ja ilmalla

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
20.09.2019Kaksiulotteisia spin transistoreita ja muuntimia
19.09.2019Valokiteiden valmistus ja hallinta
18.09.2019Kaksi vapausastetta
17.09.2019Epätavallista magneettista käyttäytymistä
16.09.2019Nanolangat korvaavat lasiprismat
13.09.2019Tehokkaampaa sähköpolttoaineiden tuotantoa
12.09.2019Ensimmäinen monimutkainen kvanttiteleportaatio
11.09.2019Energian talteenottoa piipiiriltä
10.09.2019Uudenlainen pinnoite litium-metalli akuille
09.09.2019Uusi eristetekniikka pienemmille siruille
06.09.2019Hiilinanoputkia ja grafeenia
05.09.2019Nikkelioksidistako suprajohde?
04.09.2019Metamateriaaleja ja magnoniikkaa
03.09.2019Gallium-oksidi tehotransistoreita ennätysarvoilla
02.09.2019Muutos magneetissa itsessään
30.08.2019Transistori pellavalangasta
29.08.2019Robotti ottaa ajotarkkuuden hallintaansa
28.08.2019Enemmän irti MEMS-tekniikasta
27.08.2019Ensimmäinen havainto eksitonisesta eristeestä
26.08.2019Opto-elektroninen siru jäljittelee hermosoluja
23.08.2019Valoa vangiten ja suunnaten
22.08.2019Navigoi ja paikallista kuin pöllö

Näytä lisää »