Kiinteän elektrolyytin akut eli solid-state-akut ovat tulevaisuuden energiaratkaisu, mutta yksi niiden suurimmista esteistä on rajapintaongelma katodin ja elektrolyytin välillä. Nyt Missourin yliopiston (Mizzou) tutkijat ovat ottaneet merkittävän askeleen kohti ratkaisua kehittämällä ultraohuen pinnoitteen, joka voi parantaa näiden akkujen suorituskykyä ja kestävyyttä.
Tutkimusta johtava apulaisprofessori Matthias Young (kuvassa) kertoo, että solid-state-akkujen suurimpia haasteita on kemiallinen reaktio, joka tapahtuu, kun kiinteä elektrolyytti kohtaa katodin. Tämä reaktio muodostaa ohuen, mutta haitallisen rajapintakerroksen, joka estää litiumionien liikkumista ja heikentää akun suorituskykyä.
- Tämä kerros on vain 100 nanometrin paksuinen, mutta se on suuri ongelma, koska se lisää vastusta ja vähentää akun kapasiteettia, Young selittää.
Mizzoun tutkijat ovat hyödyntäneet nelidimensioista skannaavaa transmissioelektronimikroskopiaa (4D STEM) tutkiakseen akkua atomitasolla ilman, että sitä tarvitsee purkaa. Tämä analyysi paljasti tarkasti, miten ja miksi interfaasikerros syntyy.
Ratkaisuksi Youngin laboratoriossa on kehitetty ohut pinnoite käyttämällä oksidatiivista molekyylikerroskasvatusta (oMLD, oxidative Molecular Layer Deposition). Tämä tekniikka mahdollistaa äärimmäisen ohuen suojakerroksen, joka voi estää haitalliset reaktiot samalla, kun se säilyttää akun korkean suorituskyvyn.
- Pinnoitteen täytyy olla tarpeeksi ohut, jotta se ei estä litiumionien liikettä, mutta samalla riittävän tehokas reaktioiden estämiseksi, Young sanoo.
Tutkijat jatkavat nyt testejä optimoidakseen pinnoitteen paksuutta ja materiaaliyhdistelmiä. Jos heidän lähestymistapansa onnistuu, se voi ratkaista ongelman, joka on vaivannut solid-state-akkujen kehitystä jo yli vuosikymmenen.
Viime aikoina Factorial Energy on saanut julkisuutta omilla solid-state-akuillaan, joita on jo testattu Mercedes-Benzin kanssa, Lähestymistavoissa on kuitenkin eroja. Mizzoun lähestymistapa keskittyy rajapintaongelman ratkaisemiseen ohuella pinnoitteella, joka estää haitalliset reaktiot katodin ja kiinteän elektrolyytin välillä. Factorial Energy puolestaan kehittää Factorial Electrolyte System Technology (FEST) -ratkaisua, joka hyödyntää polymeeripohjaista kiinteää elektrolyyttiä.
