Lisää vettä litiumioni-akkuun

Uuden sukupolven akkujen luomiseksi työskenteleville tutkijoille vesi on tyypillisesti ollut vihollinen. Esimerkiksi litiumioniakut on valmistettava erittäin kuivissa olosuhteissa, jotta ne kestävät suuria varausmääriä.

Suurempi kuva

Argonne National Laboratoryn tutkijat ovat kehittäneet aiempien tietokonesimulaatioiden avulla luotujen yksityiskohtaisten mallien perusteella uuden akkuelektrolyytin, johon mahtuu tuhat kertaa enemmän vettä kuin perinteiset elektrolyytit toteaa akkukemisti Zhengcheng" John" Zhang.

”Olemme aina ajatelleet, että vesi tulee aiheuttamaan suuria ongelmia litiumioniakulle. Osoittautuu kuitenkin, että koostumukseemme mahtuu dramaattisesti enemmän vettä kuin aiemmin tiedettiin, mikä voi auttaa vähentämään akkujen valmistuksen kustannuksia", Zhang sanoi.

Koska litiumioniakut ovat kuivakennoja, ne voivat sisältää vain pieniä määriä kosteutta, mikä vaatii erikoisia tuotantotiloja. Kuitenkin käyttämällä elektrolyyttiä, joka koostuu kahdesta eri suolasta - litiumsuolasta ja ionisesta nesteestä - ryhmä pystyi luomaan tilanteen, jossa elektrolyytti pystyi absorboimaan vakaasti enemmän vesimolekyylejä.

Tukeakseen koetuloksia ja tutkiakseen taustalla olevaa kemiallista mekanismia tutkijat käyttivät Theta-supertietokonetta simuloimaan elektrolyyttiä lähellä elektrodin pintaa saadakseen kuvan vesimolekyylien käyttäytymisestä.

Ne antoivat tutkijoille atomimittakaavan näkemyksen siitä, miten vesi vaikuttaa akun suorituskykyyn, tarjoten oivalluksia, joita ei ollut mahdollista pelkillä laboratoriokokeilla.

Pienetkin vesimäärät heikentävät akun suorituskykyä. Tämä johtuu siitä, että vesimolekyylit vesimolekyylien vieressä eli nanomittakaavan lätäköt reagoivat itse elektrolyytin kanssa, jolloin syntyy syövyttäviä sivutuotteita.

Ryhmän simulaatioissa kuitenkin havaittiin, että uusi elektrolyytti voisi erotella ja sitoa ja näin eristää yksittäisiä vesimolekyylejä. Kokeellinen työ osoitti, että uusi elektrolyytti voi sisältää jopa tuhat kertaa enemmän vettä kuin sähköajoneuvoissa ja kuluttaja-akuissa tällä hetkellä käytetyt elektrolyytit.

Kuten tietokonesimulaatiot paljastivat, avain on, että vesimolekyylit eivät keräänny lätäköiksi ja menettävät siten reaktiivisuutensa. Jopa elektrodien pinnoilla yksittäiset vesimolekyylit ovat erittäin vakaita vakuuttavat tutkijat.

Tutkimuspaperin mukaan tällainen elektrolyytti eliminoi huippuluokan karbonaatti/LiPF 6 -elektrolyytin, elektrodin, erottimen ja kennokokoonpanon edellyttämät kriittiset kosteussäädöt, mikä vähentää merkittävästi akkujen massatuotannon kustannuksia.

Aiheesta aiemmin:

Uudenlaista kemiaa litiumakuille

Kierrätystä ja palonestoa