Natrium- ja sinkkiakkujen kehitystöitä

Kiinalaiset tutkijat ovat voittaneet käytännöllisten natriumioniakkujen katodien kehittämiseen liittyvän suuremman jännitteen pullonkaulan

Natriumioniakkuja (SIB) pidetään johtavina ehdokkaina korvaamaan litiumioniakkuja laajamittaisissa energian varastointisovelluksissa runsaiden natriumvarantojen ansiosta.

Niiden parissa O3-tyyppiset natriumkerrosoksidit ovat nousseet johtaviksi katodeiksi mutta yli 4,0 V:n ylittäminen laukaisee vakavan rakenteellisen hajoamisen ja sähkökemiallisen deaktivoitumisen.

Tässä tutkimuksessa esitetään happiaktiivinen ja kiinteän liuoksen integroitu konsepti kestävän O3-tyyppisen katodimateriaali (Fe, Mg ja Ti) käyttäen maapallolla runsaasti esiintyviä alkuaineita ja saavuttivat merkittäviä suorituskyvyn parannuksia, kuten vaikuttavan 162,1 mAh g –1 kapasiteetin 4,3 V:n jännitteellä.

Tutkijoiden mukaan tämä läpimurto ratkaisee keskeiset pullonkaulat, jotka haittaavat korkeajännitteisten O3-tyyppisten kerrosoksidien valmistusta, ja luo uuden paradigman katodisuunnittelulle.

Fuzhoun yliopiston tutkijat ovat puolestaan kertoneet merkittävästä läpimurrosta sinkki-ioniakkuihin (AZIB) liittyen kehittämällä uuden kaksoiskidefaasisen mangaanidioksidikatodin (MnO₂), joka parantaa merkittävästi vesipitoisten sinkki-ioniakkujen suorituskykyä ja vakautta.

Suunnittelemalla ainutlaatuisen rajapinnan kahden eri kiderakenteen välille tiimi on saavuttanut akkukomponentin, jolla on suuri kapasiteetti, nopea latauskyky ja poikkeuksellisen pitkäikäisyys.

Vesipitoisia sinkki-ioniakkuja on pitkään pidetty lupaavana vaihtoehtona litiumioniakuille niiden edullisen hinnan, korkean turvallisuuden ja ympäristöystävällisyyden vuoksi. Suosituimman MnO₂:n katodimateriaalin käytännön soveltamista on kuitenkin haitannut sen heikko rakenteellinen stabiilius ja rajallinen palautuvuus toistuvien lataus-purkaussyklien aikana.

Näiden haasteiden ratkaisemiseksi professorien Mingquan Liun, Wei Yanin ja Jiujun Zhangin johtama tutkimusryhmä käytti innovatiivista ammonium(NH₄⁺)-avusteista hydrotermistä synteesimenetelmää. Tämä tekniikka mahdollistaa MnO₂-kiteisten faasien tarkan säätelyn, mikä johtaa hybridiin "kaksoiskidefaasi"-rakenteeseen (α/δ-MnO₂).

Tutkijoiden mukaan heterogeenisten kidehilojen epäsuhta luo runsaasti aktiivisia rakenteellisia vikoja α- ja δ-faasien rajapinnoille. Nämä viat toimivat lisäaktiivisina kohtina sinkki-ionien varastoinnille ja toimivat "pikakaistoina" elektronien ja ionien kuljetukselle. Lisäksi vakaa rajapinta estää rakenteellisen romahduksen, joka tyypillisesti vaivaa yksifaasisia mangaanioksideja, varmistaen, että akku pysyy toimintakykyisenä ajan mittaan.

Aiheista aiemmin:

Molekulaarinen korjaus natriumioniakkujen heikoimpaan lenkkiin

Tutkijat etsivät elektrodeista riippumatonta elektrolyyttiä

Kaksitoiminen heterorajapinta sinkki-ioniakuille