Columbian yliopiston insinööritiimi on esitellyt, kuinka ydinmagneettista resonanssispektroskopiaa (NMR) voidaan hyödyntää litium-metalliakkujen anodipinnan suunnittelussa. Tutkimuksessa saatujen tulosten avulla voidaan kehittää uusia elektrolyyttejä ja anodipintoja, jotka parantavat akkujen suorituskykyä ja turvallisuutta.
Litium-metallia käyttävät akut voivat mahdollistaa edullisempia ja monipuolisempia sähköisiä kulkuneuvoja, kuten puoliperävaunurekkoja ja pieniä lentokoneita. Tällaiset akut voivat pidentää sähköajoneuvojen toimintamatkaa merkittävästi ja laskea niiden hintaa.
Litium-metallin erittäin reaktiivinen luonne vaikeuttaa kaupallistamista. Litiumiin muodostuu passivointikerros, joka vaikuttaa anodin rakenteeseen ja akkujen suorituskykyyn. Tämä kerros, joka tunnetaan nimellä SEI (solid electrolyte interphase), vaikeuttaa litiumionien liikkuvuutta akun latauksen ja purkamisen aikana, mikä voi heikentää akun toimintaa.
Joule-lehdessä julkaistu tutkimus osoittaa, että NMR-spektroskopia mahdollistaa litium-ionien liikkeen tarkastelun SEI-kerroksessa ja sen kemiallisen koostumuksen määrittämisen. Tämä uusi lähestymistapa voi tarjota kriittistä tietoa SEI-kerroksen rakenteen ja ominaisuuksien välisistä yhteyksistä, mikä on tärkeää suorituskykyisten akkujen kehittämisessä.
Tutkijat ovat havainneet, että eri elektrolyyttien käytön myötä SEI-kerroksen koostumus ja litiumionien kulkeutumisnopeus anodipinnalle muuttuvat. Parhaiden suorituskykymetrien saavuttamiseksi SEI-kerroksen kemiallisten yhdisteiden on muodostettava järjestäytyneitä kerroksia.
Marbellan tutkimusryhmä jatkaa NMR:n ja sähkökemian yhdistämistä syvällisemmän ymmärryksen saamiseksi SEI-kerroksen koostumuksesta ja ominaisuuksista. He kehittävät myös järjestelmiä, jotka määrittävät yksittäisten kemiallisten komponenttien roolin litiumionien kuljetuksessa SEI-kerroksen läpi.
