Yhdysvaltain energiaministeriön alaisessa Argonnen tutkimuslaboratoriossa on kehitetty akkutekniikka, joka voisi mahdollistaa neljä kertaa nykyisiä litiumioniakkuja pidemmät ajomatkat sähköautolla. Tutkijoiden akussa katodiin on lisätty ilmaa.
Litium-ilma-akun tärkein uusi komponentti on kiinteä elektrolyytti tavallisen nesteen sijaan. Kiinteitä elektrolyyttejä sisältävät akut eivät ole litiumioniakkujen ja muiden akkutyyppien nestemäisten elektrolyyttien turvallisuusongelman alaisia, koska ne voivat ylikuumentua ja syttyä palamaan.
Vielä tärkeämpää on, että tutkimusryhmän kehittämän akun kemia kiinteällä elektrolyytillä voi mahdollisesti lisätä energiatiheyttä jopa neljä kertaa litiumioniakkuihin verrattuna, mikä tarkoittaa pidempää ajomatkaa.
Yli vuosikymmenen ajan Argonnen ja muualla tutkijat ovat tehneet ylitöitä kehittääkseen litiumakun, joka hyödyntää ilman happea. Litium-ilma-akulla on suurin ennustettu energiatiheys kaikista akkutekniikoista, joita harkitaan seuraavan sukupolven akuissa litiumionien lisäksi.
Aikaisemmissa litium-ilma-malleissa litiummetallianodissa oleva litium liikkuu nestemäisen elektrolyytin läpi ja yhdistyy happeen purkauksen aikana, jolloin katodissa syntyy litiumperoksidia (Li2O2) tai superoksidia (LiO2). Litiumperoksidi tai superoksidi hajotetaan sitten takaisin litium- ja happikomponenteiksi latauksen aikana. Tämä kemiallinen sekvenssi varastoi ja vapauttaa energiaa tarpeen mukaan.
Ryhmän uusi kiinteä elektrolyytti koostuu keraamisesta polymeerimateriaalista, joka on valmistettu suhteellisen edullisista nanohiukkasten muodossa olevista elementeistä. Tämä uusi kiinteä aine mahdollistaa kemialliset reaktiot, jotka tuottavat litiumoksidia (Li2O) purkautuessaan.
- Litium-superoksidin tai -peroksidin kemiallinen reaktio sisältää vain yhden tai kaksi elektronia varastoituneena happimolekyyliä kohti, kun taas litiumoksidin kemiallinen reaktio sisältää neljä elektronia, sanoo Argonnen kemisti Rachid Amine. Enemmän elektroneja varastoituna tarkoittaa suurempaa energiatiheyttä.
Tiimin litium-ilma-suunnittelu on ensimmäinen litium-ilma-akku, joka on saavuttanut neljän elektronin reaktion huoneenlämpötilassa. Se toimii myös hapella, joka tulee ilmasta ympäröivästä ympäristöstä. Kyky toimia ilman kanssa välttää happisäiliöiden tarpeen toimia, mikä on ongelma aikaisemmissa malleissa.
