Cornellin yliopiston tutkijat ovat kehittäneet uudenlaisen huokoisen kidemateriaalin, joka voi mullistaa litiumioniakkujen turvallisuuden. Uusi kide perustuu makrosyklien ja molekyylikääreiden innovatiiviseen yhdistelmään, ja se mahdollistaa litiumionien kulun erityisen sujuvasti kiinteän aineen läpi.
Tämä lisää merkittävästi ionien kuljetusnopeutta ja tekee akuista turvallisempia. Uuden kiderakenteen keskeinen ominaisuus on sen yhteen suuntaan kulkevat nanokanavat, jotka parantavat ionien johtavuutta ja auttavat välttämään vaarallisia oikosulkuja ja räjähdyksiä, joita perinteiset nestemäiset elektrolyytit voivat aiheuttaa.
Kiinteäelektrolyyttiset akut ovat tunnetusti turvallisempia, mutta niiden haasteena on ionien hidas kulku kiinteän aineen läpi. Cornellin tutkijoiden uusi ratkaisu vastaa tähän haasteeseen luomalla huokoisen kidemateriaalin, joka ohjaa litiumionit läpi selkeiden kanavien.
Tutkimusta johti Cornellin materiaalitekniikan apulaisprofessori Yu Zhong, ja tutkimuksen tulokset on julkaistu Journal of the American Chemical Society -lehdessä. Kide suunniteltiin yhdistämällä kaksi epätavallista molekyylirakennetta, makrosyklit ja molekyylikääreet, jotka yhdessä muodostavat nanohuokoisen rakenteen. Tämä rakenne mahdollistaa ennätyksellisen korkean ionien johtavuuden (8,3 × 10⁻⁴ S/cm).
Yu Chongin mukaan uusi kide tarjoaa lupaavan tavan parantaa kiinteän olomuodon litiumioniakkujen suorituskykyä ja turvallisuutta. Innovatiivisen rakenteensa ansiosta se voi myös löytää sovelluksia esimerkiksi vedenpuhdistuksessa sekä bioelektroniikan antureissa ja piireissä.
Jatkossa Zhongin ryhmä aikoo tutkia, miten erilaisia molekyylejä voisi yhdistää entistä monimutkaisempien ja monipuolisempien nanopintaisten materiaalien luomiseksi, jotka saattavat sopia moniin erilaisiin teknisiin sovelluksiin.
