Argonne National Laboratoryn tiedemiehet ovat kehittäneet huolellisesti kootetuista molekyyleistä koostuvan akun, joka on suunniteltu olemaan sähkökemiallisesti erityisen vakaita. Tavoitteena on, että uuden materiaalin ansiosta akku ei menettäisi energiaa ei-toivotuille reaktioille.
Tämän tyyppisessä akussa, jota kutsutaan ei-vesipohjaisiksi redoksivirtaustyypiksi, energia varastoidaan negatiivisesti ja positiivisesti varautuneisiin liuoksiin suurissa säiliöissä.
Säiliöihin energisoitujen liuosten molekyyliominaisuudella on tärkeä rooli siinä, kuinka paljon energiaa akku pystyy tuottamaan. Uudessa tutkimuksessaan Argonen kehittäjät keskittyivät ihanteellisen molekyylin suunnitteluun, joka liuotettiin positiivisesti varautuneeseen säiliöön.
- Haluamme molekyylien vakauden olevan korkealla tasolla, jotta akku ei heikkene ennenaikaisesti, mutta haluamme myös, että se pystyy pitämään paljon energiaa. Nämä kaksi seikkaa ovat ristiriidassa keskenään, sanoo tutkija Jingjing Zhang.
Molekyylien palautuvuus eli sen kyky toistuvasti latautua ja purkautua on ominaisuus, joka mahdollistaa virtausparistojen toiminnan. Varauksen aikana, molekyylit varastoitu positiivisesti varautuneeseen tankkiin varsitavat elektronit hapetuksen kautta kutsutun prosessin läpi. Ongelma syntyy, kun nämä epästabiilit, positiivisesti varautuneet molekyylit alkavat reagoida ympäristönsä kanssa ja näin heikentäen varausta.
- Kun molekyyli menettää elektronin, sillä on luonnollinen taipumus löytää toinen elektroni täydelliselle parille. Jos ne muodostavat sidoksen, se tarkoittaa, että se ei enää pysty tuottamaan sähköä, sanoo ryhmän johtava tutkija Lu Zhang.
Tämän projektin tutkijat pystyivät sulkemaan yleisen energiaa imevän sivureaktion bisykliseksi substituutioksi kutsumansa prosessin avulla. Se suojaa eniten reaktiivisia osia molekyylin atomisista rakenteista.
Menetelmä itsessään ei ole uusi, mutta nyt tutkijat keksivät soveltaa sitä akkumateriaaleihin. Aiemmin on tutkittu suurempia suojaavia atomiketjuja vakauden lisäämiseksi mutta niillä on taipumus tukahduttaa akkua.
- Biosyklisen korvaamisen myötä lopulta löysimme lopulta keinon suojella kaikkia molekyylin reaktiivisia paikkoja menettämättä palautuvuutta ja saimme erittäin hyvän suorituskyvyn, sanoo Lu Zhang.
Tutkijat havaitsivat, että akku kärsi vain vähäisestä kapasiteetin menetyksestä 150 lataus- ja purkukerran jälkeen.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 25.8.217
