Kun akkuja ladataan ja käytetään, niihin muodostuu monimutkainen SEI-kerros (solid electrolyte interphase). Aalto-yliopistossa on nyt kehitetty ensimmäinen keinotekoinen suojakalvo, jonka ansiosta akkuja voi ladata ja käyttää pidempään. SEI-kerroksen rakenne muistuttaa useista palikoista koottua mosaiikkia, jossa on orgaanisia ja epäorgaanisia osia. Jos akun elektrodin pinnalle tehdään atomikasvatuksella keinotekoinen kerros, akkuja voi ladata ja käyttää pidempään.
Varsinainen elektrodimateriaali säästyy, kun erikseen lisätty kerros reagoi ja muodostaa suojaavan SEIn. Keinotekoisesti tuotetun SEIn pinta on myös tasaisempi ja laadukkaampi kuin luonnollisesti syntyvän.
Atomikerroskasvatuksessa on käytetty epäorgaanisia materiaaleja eli materiaaleja, jotka eivät sisällä hiiltä. Nyt Aalto-yliopiston tutkijat ovat ensimmäisinä maailmassa onnistuneet valmistamaan pinnoitteen hyödyntäen molekyylikerroskasvatuksessa hiilidioksidia.
- Teemme täysin luonnollista SEI-kerrosta matkivan pinnoitteen, joka toivottavasti suojaa varsinaista elektrodimateriaalia, kertoo tohtorikoulutettava Juho Heiska.
Akun kestävyyden lisäämisen lisäksi keinotekoinen SEI voi mahdollistaa myös uusien, tehokkaampien elektrodimateriaalien käytön. Akku koostuu aina kahdesta elektrodista, joilla molemmilla on omat ominaisuudet, jotka vaikuttavat akun suorituskykyyn.
- Lottovoitto olisi, jos akuissa pystyisi käyttämään metallista litiumia. Jos puhdasta litiummetallia pystyisi käyttämään turvallisesti, se nostaisi akkujen kapasiteettia huomattavasti. Keinotekoisen SEIn avulla tämä voisi onnistua, Juho Heiska sanoo.
Metallinen litium voi sytyttää akun palamaan, jos se joutuu kosketuksiin veden tai ilman kanssa. Siksi sen hyödyntäminen akuissa on haastavaa.
Tutkimuksessa onnistuttiin rakentamaan orgaaninen osa SEItä. Seuraavaksi tutkijat testaavat, miten nyt kehitetty keinotekoinen pinnoite suojaa akkua. Artikkeli on julkaistu Nanoscale Advances -lehdessä toukokuussa 2020.
Kuva: Juho Heiska/Aalto-yliopisto
