Korealaistutkijat Pohangin tiede- ja teknologiayliopistosta (POSTECH) ja Korean energiatutkimusinstituutista (KIER) ovat kehittäneet uuden kolmiulotteisen polymeerirakenteen litiummetalliakkuja varten. Sen parantaa merkittävästi litiumionien kuljetusta ja akun suorituskykyä.
POSTECHin professori Soojin Park ja tohtori Dong-Yeob Han ja KIER:n tohtori Gyujin Songin yhdessä tekemä tutkimus julkaistiin äskettäin kansainvälisessä Advanced Science -lehdessä.
Elektronisissa laitteissa, kuten sähköajoneuvoissa ja älypuhelimissa, käytettävä akkuteknologia kehittyy jatkuvasti. Nyt tutkitaan erityisesti litiummetallianodeita, joiden energiakapasiteetti on 3860 mAh/g. Lukema on yli kymmenen kertaa enemmän kuin tällä hetkellä markkinoilla olevissa kaupallisissa grafiittianodeissa. Litiummetallianodit voivat varastoida enemmän energiaa pienempään tilaan ja, toisin kuin grafiitti tai pii, ne voivat osallistua suoraan sähkökemiallisiin reaktioihin elektrodeina.
Lataus- ja purkausprosessin aikana litiumionien epätasainen jakautuminen luo kuitenkin alueita, jotka tunnetaan nimellä "kuollut litium". Tämä vähentää akun kapasiteettia ja suorituskykyä. Lisäksi kun litium kasvaa yhteen suuntaan, se voi saavuttaa katodin vastakkaisella puolella aiheuttaen sisäisen oikosulun. Vaikka viimeaikainen tutkimus on keskittynyt litiumin kuljetuksen optimointiin kolmiulotteisissa rakenteissa, useimmat näistä rakenteista perustuvat raskasmetalleihin, mikä heikentää merkittävästi akun energiatiheyttä painoa kohti.
Ongelman ratkaisemiseksi ryhmä kehitti hybridihuokoisen rakenteen käyttämällä polyvinyylialkoholia, kevyttä polymeeriä, jolla on korkea kykyä sitoa litiumioneja. Kehitetty rakenne on lisäksi yli viisi kertaa kevyempi kuin akun anodeissa tyypillisesti käytetyt kupari- (Cu) -keräimet.
Kokeissa tutkimustiimi pääsi litiummetallianodiakuissa yli 200 lataus-purkausjaksoon ja saavuttivat korkean energiatiheyden, 344 Wh/kg. Kokeet testiin lisäksi pussikennoilla, eikä kolikkotyyppisisllä paristoilla. Tämä on lupaavaa tekniikan kaupallistamisen kannalta.
