Miltä kuulostaisi älypuhelin, joka jaksaisi toimia viikon yhdellä latauksella? Avain tähän voi piillä litiummetalliakussa, jos siihen voisi kehittää paremman elektrolyytin. Nyt tutkijat ovat löytäneet vahvistusta teorioille. Idea löytyi yllättävästä suunnasta, sillä inspiraationa toimi käsisaippua.
Brownin yliopiston ja Idaho National Laboratoryn tutkijat ovat havainneet, että saippuapuhdistuksen ymmärtäminen voi auttaa kehittämään pidempään kestäviä paristoja. Tutkimus paljastaa, että paikalliset korkean pitoisuuden elektrolyytit paristoissa toimivat samalla tavalla kuin saippuan kuplamaiset misellit. Erittäin lupaava elektrolyytti kestävämpien litiumakkujen kehittämiseksi sisältää monimutkaisia nanorakenteita, jotka toimivat samalla tavalla kuin misellit käyttäytyvät saippuavedessä.
Kun joku pesee kätensä saippualla, saippua muodostaa miselleiksi kutsuttuja rakenteita, jotka vangitsevat ja poistavat rasvaa, likaa ja bakteereita vedellä huuhdeltuna. Saippua tekee tämän, koska se toimii siltana veden ja pois puhdistettavan välillä sitomalla ne ja käärimällä ne näihin misellirakenteisiin.
Nature Materialsissa julkaistua tutkimusta tehdessään tutkijat huomasivat, että samanlainen prosessi esiintyy uudentyyppisessä elektrolyytissä, jota kutsutaan paikalliseksi korkean pitoisuuden elektrolyytiksi. Tätä pn pitkään pidetty yhtenä lupaavimmista ideoista pidempään kestävien litiumakkujen suunnittelussa.
Brownin yliopiston professori Yue Qin mukaan tavoitteen on parantaa ja lisätä akkujen energiatiheyttä, eli sitä kuinka paljon energiaa ne varastoivat sykliä kohden ja kuinka monta jaksoa akku kestää. - Tätä varten perinteisten akkujen sisällä olevat materiaalit on vaihdettava, jotta akuista saadaan kehitettyä enemmän energiaa varastoivia.
Tiedemiehet ovat työskennelleet aktiivisesti siirtyäkseen käyttämään litiummetallista valmistettuja akkuja, koska niiden energian varastointikapasiteetti on paljon suurempi kuin nykyisten litiumioniakkujen. Perinteiset litiumioniakkujen elektrolyytit, jotka on valmistettu pääasiassa nestemäiseen liuottimeen liuotetusta matalapitoisuudesta suolasta, eivät tee tätä tehokkaasti metallipohjaisissa akuissa.
Idaho National Laboratoryn ja Pacific Northwest National Laboratoryn tutkijat suunnittelivat paikallisia korkeapitoisia elektrolyyttejä vastaamaan tähän haasteeseen. Ne valmistetaan sekoittamalla suuria suolapitoisuuksia liuottimessa toiseen nesteeseen, jota kutsutaan laimennusaineeksi, mikä parantaa elektrolyytin virtausta, jotta akun teho säilyy.
Toistaiseksi laboratoriotesteissä tämä uudentyyppinen elektrolyytti on osoittanut lupaavia tuloksia, mutta kuinka se toimii ja miksi, sitä ei ole koskaan täysin ymmärretty. Saippuatutkimus näyttää auttavan ymmärtämään ilmiötä paremmin.
Oak Ridge Laboratoryn tutkija Bin Lin mukaan tutkimus selventää, miksi kehitetty uusi elektrolyytti toimii paremmin. Havaitsimme, että tässä elektrolyytissä muodostuu misellin kaltaisia rakenteita kuten saippuassa. Ymmärtämällä tämän tutkijat pystyivät hajottamaan suhteet ja pitoisuudet, joita tarvitaan akkujen optimaalisten reaktioiden aikaansaamiseksi. Tämän pitäisi auttaa ratkaisemaan yksi tärkeimmistä ongelmakohdista tämän elektrolyytin suunnittelussa, joka on oikean tasapainon löytäminen näiden kolmen ainesosan välillä.
