Ripaus asfalttia voi olla avain suuren kapasiteetin litiummetalliakuille, jotka latautuvat 10-20 kertaa nopeammin kuin kaupalliset litiumioniakut. Lisäksi huokoista hiiltä sisältävät anodit olivat vakaita vielä 500 lataus-purkaussyklin jälkeen.
Litiummetallia pidetään erinomaisena ehdokkaana Li-ion-akkujen anodimateriaaliksi, koska sillä on erittäin korkean ominaiskapasiteetti ja erittäin alhainen sähkökemiallisen potentiaali. Ongelma on kuitenkin edelleen dendriittien muodostuminen.
Rice Universityn kemisti James Tour on kehitellyt anodeja, jotka sisältävät asfaltista valmistettua huokoista hiiltä. Anodi oli poikkeuksellisen vakaa yli 500 lataus-purkausjakson jälkeen. Korkea virtatiheys - 20 milliampeeria neliösenttimetriä – osoitti, että materiaalia voidaan käyttää nopeaan lataukseen ja purkaukseen rakenteissa, jotka tarvitsevat suurta tehotiheyttä.
Tourin laboratorio käytti aiemmin asfalttia - nimenomaan käsittelemätöntä gilsoniittia - kasvihuonekaasujen talteenottoa maakaasusta. Tällä kertaa tutkijat sekoittivat asfalttiin johtavia grafeenin nanonauhoja ja päällystivät komposiitin litiummetallilla.
Laboratoriossa anodi yhdistettiin rikki-hiili-katodin kanssa toimivaksi akuksi testauksia varten. Akkujen tehotiheys oli peräti 1322 wattia kilogrammaa kohden ja energiatiheys 943 wattituntia kilogrammaa kohden. Tällä hetkellä kaupallisten akkujen lukema on noin 250 Wh/kg.
Testaukset paljastivat toisen merkittävän edun: hiili vähensi litiumdendriittien muodostumista. Laboratorion aikaisempi hanke havaitsi, että grafeenin ja hiilinanoputkien anodi estivät dendriittien muodostumisen mutta Tourin mukaan uusi komposiitti on yksinkertaisempi.
- Vaikka entisen ja uuden akun välinen kapasiteetti on samanlainen, uusi asfaltti-hiili kestää enemmän litiummetallia yksikköä kohti, ja se on paljon yksinkertaisempaa ja halvempaa valmistaa. Ei tarvita kemiallista höyrykerrostumisvaihetta, e-säteen saostumisvaihetta eikä nanoputkien kasvatusta grafeenista, joten valmistus on huomattavasti yksinkertaisempaa, toteaa Tour yliopistonsa tiedotteessa.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 6.10.2017
