Uudenlainen pinnoite litium-metalli akuille

Stanfordin yliopiston johtama tutkimusryhmä on kehitellyt uuden pinnoitteen, joka voisi vihdoin tehdä kevyistä litium-metalli -akuista turvallisia ja pitkäikäisiä. Siten niitä saatettaisiin ottaa käyttöön seuraavan sukupolven sähköajoneuvoissa.

Stanfordin ja SLAC:n yhteinen tutkijaryhmä on kehitellyt pinnoitteen, joka poistaa joitakin kyseisen akun ongelmia.

Litiummetalli (Li) -akut ovat houkuttelevia korkean energiatiheytensä vuoksi. Li-metallin jyrkkä reaktiivisuus rajoittaa kuitenkin anodin suorituskykyä, koska pinnalle muodostuu heterogeeninen kiinteiden elektrolyyttien välifaasi (SEI).

Tutkijat esittävät Litium-metalli -anodien stabiloimiseksi monitoimista verkkomaista materiaalia. Sillä saavutetaan dynaaminen, elektrolyyttejä blokkaava ja yksittäisiä ioneja johtava keinotekoinen SEI, joka vakauttaa litium-metallisen anodin.

Kehittämäänsä välifaasiverkostoon tutkijat integroivat ensimmäistä kertaa yhteen matriisiin kaikki tavoitellut ominaisuudet. Sellaisia ovat yhdenmukainen suojaus, nopea Li+-ionien kuljetus ja haitallisten loisreaktioiden lieventäminen.

Tuloksena olevan materiaalin, dynaamisen, yhden ionin johtavan verkon, havaitaan parantavan huomattavasti Li-metallin suorituskykyä kaupallisessa karbonaattielektrolyytissä.

Suora litiummetallin prosessoitavuus mahdollistaa käytännöllisen soveltamisen. Tutkijoiden mukaan työ tarjoaa yksityiskohtaisen strategian keinotekoisen SEI:n suunnittelulle ja korkean suorituskyvyn mahdollistamiseksi litium-metalli -akussa.

Laboratoriokokeissa pinnoite pidensi akun käyttöikää huomattavasti. Se käsitteli myös palamiskysymystä rajoittamalla suuresti dentriittien kasvua. Ne ovat estäneet litiummetalliakkujen käytön seuraavan sukupolven sähköajoneuvoissa.

Litiummetalliakuilla voi olla ainakin kolmanneksella enemmän tehoa painoa kohti kuin litium-ioni akuilla ja ne ovat huomattavasti kevyempiä, koska ne käyttävät kevyttä litiumia anodilla raskaamman grafiitin sijasta.

Stanfordin ja SLAC:n yhteistyöryhmä testasi päällystettään tavallisen litium-metalli akun anodilla, jollaisessa dendriitit yleensä muodostuvat. Lisäksi he yhdistivät erityisesti päällystetyt anodinsa muihin kaupallisesti saataviin komponentteihin täysin toimivan akun rakenteeksi.

Kokeillun 160 syklin jälkeen heidän litiummetallikennot tuottivat edelleen 85 prosenttia tehosta, jonka ne tuottivat ensimmäisessä syklissä. Tavanomaiset litiummetallikennot tuottavat vain noin 30 prosenttia näin useiden jaksojen jälkeen, mikä tekee niistä melkein hyödyttömiä.

Uusi päällysteemme tekee litiummetalli akuista vakaan ja lupaavan jatkokehitykselle. Vaikka käyttö sähköajoneuvoissa voi olla perimmäinen tavoitteemme, kaupallistaminen alkaisi todennäköisesti kulutuselektroniikan parissa akun turvallisuutta korostaen," toteavat tutkijat yhteisessä tiedotteessaan.

Aiheesta aiemmin:

Uusi anodi ja katodi litiumakuille