Tiedettä kokeilujen sijaan Li-Ion akkujen suunnitteluun

Keskeisen tekijän löytäminen mahdollistaa elektrolyyttien numeerisen suunnittelun akun suorituskyvyn ja turvallisuuden parantamiseksi

Osakan yliopiston ja Daikin Industries, Ltd:n yhteinen tutkimusryhmä on tunnistanut ratkaisevan uuden indikaattorin edistyneiden litiumioniakkujen suunnitteluun.

He havaitsivat, että "elektrolyytin litiumionin kemiallinen potentiaali" – mittaa sitä, kuinka "epämukava" litiumioni on akun elektrolyytissä – määrittää kvantitatiivisesti, voidaanko akku ladata ja purkaa palautuvasti.

Tämä havainto tasoittaa tietä siirtymiselle kokeilu- ja erehdysmenetelmään perustuvasta kehityksestä rationaaliseen, datalähtöiseen suunnitteluprosessiin turvallisempien ja suorituskykyisempien akkujen kehittämiseksi.

Litiumioniakut ovat välttämättömiä nykyaikaiselle yhteiskunnalle, ja ne toimivat voimanlähteenä kaikelle älypuhelimista sähköajoneuvoihin. Parantaakseen niiden suorituskykyä tutkijat ovat etsineet uusia elektrolyyttejä.

Suuri haaste on kuitenkin ollut selkeiden ohjeiden puute sen ennustamiseksi, toimiiko uusi elektrolyytti hyvin näissä akuissa yleisesti käytettyjen grafiittisten negatiivisten elektrodien kanssa. Tämä on tehnyt elektrolyyttien kehittämisestä vaikean, empiirisen prosessin.

Tutkimusryhmä paljasti, että avain piilee elektrolyytin litiumionien kemiallisessa potentiaalissa. Jotta akku latautuisi oikein, litiumionien on siirryttävä elektrolyytistä grafiittielektrodiin.

Tiimi selvensi, että tämä prosessi toimii onnistuneesti vain silloin, kun litiumionit ovat riittävän "epästabiileja" elektrolyytissä – eli kun niiden kemiallinen potentiaali on korkea.

Tämä uusi mittari tarjoaa selkeän numeerisen standardin elektrolyytin sopivuuden määrittämiseksi, mikä lopettaa arvailun. He osoittivat myös, että tähän konseptiin perustuva uusi fluorattu eetteriliuotin mahdollistaa akun erinomaisen suorituskyvyn.

Tämä löytö mahdollistaa uusien elektrolyyttien järkevän ja erittäin tehokkaan suunnittelun. Integroimalla litiumioniakkujen kemiallisen potentiaalin materiaalitieteen menetelmiin tutkijat voivat ennustaa uusien materiaalien suorituskykyä, mikä nopeuttaa kehitysprosessia merkittävästi.

”Tässä tutkimuksessa teimme enemmän kuin löysimme uuden materiaalin”, sanoo tutkimuksen päätekijä, tohtori Yasuyuki Kondo. ”Tunnistimme tekijän, joka itse asiassa säätelee litiumioniakkujen varaus-purkausreaktioita.

Toivomme, että löydöksemme nopeuttavat tulevaa akkututkimusta ja -kehitystä ja auttavat ratkaisemaan maailman energia- ja taloushaasteita.”

Aiheesta aiemmin:

Seuraavan sukupolven litiumakkuja

Uudenlaista kemiaa litiumakuille

Uudenlainen pinnoite litium-metalli akuille