Litiumioniakuissa käytetään grafiittia elektrodeina. Tällä hetkellä se rajoittaa akkujen kehitystä ja grafiitti haluttaisiinkin korvata piillä, jonka energian varauskyky on 10-kertainen. Pii on kuitenkin ongelmallinen materiaali, sillä tullessaan kosketuksiin litiumin kanssa se laajentuu voimakkaasti.
Nyt amerikkalaiset tutkijat ovat esittäneet ratkaisun tähän piin ongelmaan. USA:n energianministeriön alaisen PNLL-laboratorion (Pacific Northwest National Laboratory) tutkijat kehittivät ainutlaatuisen nanorakenteen, joka rajoittaa piin laajenemista.
Tutkimustulokset on julkaistu äskettäin Nature Communications -lehdessä. Tutkija Jason Zhangin mukaan johtava ja vakaa grafiitti sopii hyvin litiumionien pakkaamiseen akun anodiin. Pii voi ottaa vastaan enemmän litiumia kuin grafiitti, mutta se pyrkii turpoamaan noin 300 tilavuusprosenttia, mikä aiheuttaa anodin hajoamisen.
Ratkaisuksi tutkijat loivat piin huokoisen muodon yhdistämällä pienet piipartikkelit mikropalloiksi, joiden halkaisija oli noin 8 mikrometriä. Yksi tällainen pallo on suunnilleen yhden punasolun kokoinen.
Huokoisella piirakenteella varustettu elektrodi laajeni vähemmän kuin 20 prosenttia. Silti siinä oli energiaa kaksi kertaa tyypillisen grafiittianodin verran. Lisäksi - toisin kuin aikaisemmissa huokoisen piin versioissa – mikropallot ovat mekaanisesti poikkeuksellisen lujia hiilinanoputkien ansiosta, jotka saavat palloja muistuttamaan lankapalloja.
Huokoisten piipallojen lujuus testattiin atomivoimamikroskoopin koettimella. Tutkijat havaitsivat, että nanokokoinen lankapallo saattaa menettää huokoisuutensa erittäin korkealla puristusvoimalla, mutta se ei rikkoudu. Tämä on hyvä kaupallistamisen kannalta, koska anodimateriaalien on kyettävä käsittelemään telojen suurta puristusta valmistuksen aikana.
Seuraava tutkijat aikovat kehittää skaalautuvampia ja taloudellisempia menetelmiä piimikropallojen valmistamiseksi, jotta ne voisivat jonain päivänä löytää tiensä seuraavan sukupolven korkealaatuisiin litiumioniakkuihin.
