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

25.06.2019Lasertekniikalla grafeenia hyötykäyttöön
24.06.2019Ionitekniikkaa kondensaattoreihin
20.06.2019Tehokkaampia tehopiiritekniikoita
19.06.2019Uutta tekniikkaa 2D-materiaalin venytyksellä
18.06.2019Bioparisto IoDT-sovelluksille
17.06.2019Uusia ovia nanofotoniikan maailmaan
14.06.2019Biologian avulla sähkö varastoon ja hiili kiertoon
13.06.2019Orgaaniset laserdiodit unelmasta todellisuuteen
12.06.2019Uusia ominaisuuksia elektroniikalle
11.06.2019Uusi laite pakkaa enemmän valokuituun
10.06.2019Tutkijat yrittävät luoda ihmisen kaltaista koneajattelua
07.06.2019Vaihtoehtoja elektroniikan vauhdittamiseen
06.06.2019Hiiliseostus muuttaa puolijohtavaa 2D-materiaalia
05.06.2019Hämähäkin aisteja autonomisille koneille
04.06.2019Elektronin geometria määritelty
03.06.2019Fyysikot löytäneet uudenlaisia spin-aaltoja
30.05.2019Pesunkestävää kangaselektroniikkaa
29.05.2019Uusia ratkaisuja kaoottisille värähtelypiireille
27.05.2019Magneettista oppimista tietojenkäsittelyyn
24.05.2019Auttaa robotteja muistamaan
23.05.2019Ultrapuhdas valmistustapa 2D-transistoreille
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

Näytä lisää »