Illinoisin yliopiston tutkijat Chicagossa ja Argonnen kansallisessa laboratoriossa ovat suunnitelleet uuden litium-ilma-akun, joka toimii normaalissa ilmassa ja joka toimi edelleen ennätyksellisen 750 lataus/purkausjakson jälkeen. Litium-ilma-akkujen uskotaan pystyvän jopa viisinkertaiseen energiakapasiteettiin kuin nykyiset litiumioniakut. Monet esteet ovat kuitenkin hidastaneet niiden kehitystä.
Tutkijoiden mukaan akut toimivat yhdistämällä anodin litiumia ilman happeen tuottamalla litiumperoksidia katodilla purkausvaiheen aikana. Latausvaiheen aikana litiumperoksidi hajoaa takaisin litiumin ja hapen komponentteihin.
Valitettavasti idean kokeelliset mallit eivät toimi todellisessa luonnollisessa ilmassa, vaan ovat vaatineet puhdasta happea. Tämä on tietenkin rajoittanut niiden käyttöä.
UIC:n ja Argonnen tutkimusryhmä voittaa nämä haasteet käyttämällä ainutlaatuista yhdistelmää anodia, katodia ja elektrolyyttiä estämään anodin hapettumisen ja akun pilaavien sivutuotteiden kertymistä katodille. Tämän ansiosta akku voi toimia tavallisessa ilmassa.
Tutkijat päällystivät litiumanodin ohuella litiumkarbonaattikerroksella, joka selektiivisesti mahdollistaa anodin litiumionien pääsyn elektrolyyttiin. Samalla se kuitenkin estää ei-toivottujen yhdisteiden pääsyn anodiin.
Litiumilma-akun katodi on yksinkertaisesti kevyt ilma. Näiden akkujen kokeellisissa malleissa happi yhdessä kaikkien muiden ilmaa muodostavien kaasujen kanssa tulee elektrolyyttiin hiilipohjaisen ristikkorakenteen kautta.
Tutkijat päällystivät ristikkorakenteen molybdeenidisulfaattikatalyytillä ja käyttivät ainutlaatuista hybridiä elektrolyyttiä, joka koostuu ionisesta nesteestä ja dimetyylisulfoksidista, joka on yleinen komponentti akkujen elektrolyyteissä. Tämä rakenne auttoi helpottamaan litium-happireaktioita. Litiumreaktiot vähenivät minimiin, mikä paransi akun tehokkuutta.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 29.3.2018
