Litium-happiakku on yksi lupaavista uusista akkutekniikoista ja nyt Waterloon yliopiston kemistit ovat menestyksekkäästi ratkaisseet kaksi niihin liittyvää haasteellisinta ongelmaa. Tutkimusprosessissa syntyi akku, jolla on lähes sataprosenttinen coulombinen tehokkuus eli virtatehokkuus.
Uusi tutkimus osoittaa, että neljän elektronin konversio litium-happi -sähkökemialle on erittäin palautuva. Tiimi on ensimmäinen, joka saavutti neljän elektronin muunnoksen. Tämä kaksinkertaistaa litium-hapen elektronivarastoinnin akuissa, joita kutsutaan myös litium-ilma-akuiksi.
- Toimiakseen kehitetty akku vaatii 150 asteen käyttölämpötilan. Tutkimus on kuitenkin käsitellyt perusongelmia, joita tutkijat ovat yrittäneet ratkaista pitkään, toteaa tutkimusjohtaja Linda Nazar.
Litium-happi (Li-O2) -akkujen korkea teoreettinen energiatiheys ja niiden suhteellisen kevyt paino ovat tehneet niistä erittäin tutkitun aiheen. Mutta ongelmat akun kemian ja vakauden suhteen ovat pitäneet aiheen akateemisena kuriositeettina.
Vuonna 2016 Giordani ja kumppanit tutkivat sulasuolaan perustuvia litium-ilma -akkuja ja saivat aikaan menetelmän, joka mahdollistaa ladattavan Li-O2-akkukemian käyttämällä epäorgaanisia sulasuoloja elektrolyytteinä. Menetelmällä saavutettu Li-O2 sähkökemian kaksisuuntaisuus oli aikanaan ennennäkemätön.
Nyt Waterloon yliopiston Nazar ja hänen kollegansa tukeutuivat myös sulasuolaan ja vaihtoivat huokoisen hiilikatodin kaksitoimiseen metallioksidikatalyyttiin. Akun toimiessa 150 °C:ssa he havaitsivat, että vakaampaa Li2O:ta muodostuu Li2O2:n sijasta. Tämä johtaa erittäin hyvin kaksisuuntaisesti toimivaan Litium-happi-akkuun, jonka coulombinen tehokkuus on lähes sata prosenttia.
Varastoimalla O2:n litiumoksidiksi (Li2O) litiumperoksidin (Li 2O2) sijasta akulla ei ole vain erinomaisia varausominaisuuksia, vaan se saavutti järjestelmässä maksimin neljän elektronin siirron. Tämä lisäsi teoreettista energian varastointikykyä 50 prosenttia.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 5.9.2018
