Nopeasti ladattavan ja suurikapasiteettisen litium-ioniakun luominen on Rensselaerin ammattikorkeakoulun julkaiseman tutkimuksen mukaan mahdollista. Perinteisessä litiumioniakussa anodi on tehty grafiitista ja katodi litiumkobolttioksidista. Nämä materiaalit toimivat hyvin yhdessä mutta Rensselaerin tutkijat uskovat, että toimintoa voidaan vielä parantaa.
Tällä kertaa tutkijatiimi paransi Li-Ion -akun suorituskykyä korvaamalla kobolttioksidin vanadiinidisulfidilla (VS2). Se parantaa akun energiatiheyttä, koska se on kevyt ja tuottaa erittäin johtavana materiaalina nopeamman latauskyvyn.
Aiemmin VS2:n potentiaalia haittasi sen epävakaus, mutta nyt tutkijat löysivät syyn epävakaudelle. He myös kehittivät myös keinon torjua sitä.
Tutkijat havaitsivat, että hiutaleiden peittäminen titaanidisulfidin (TiS2) nanokerroksisella pinnoitteella vakauttaa VS2-hiutaleet ja parantaa niiden suorituskykyä akussa.
MIT:n ja kiinalaistutkijoiden projektissa on puolestaan kehitetty litiumakuille uusi katodi. Heidän kehittämänsä hybridit katodit voisivat antaa enemmän tehoa tietylle painolle ja tilavuudelle.
Tutkijoiden hybridikatodissa yhdistyy kaksi aiemmin käytettyä lähestymistapaa. Yksi tapa on energiatuotannon nostaminen kiloa kohti (gravimetrinen energiatiheys) ja toinen energiaa litraa kohti (tilavuudellinen energiatiheys).
Nykyisien litiumioniakkujen katodit on yleensä valmistettu siirtymämetallioksidista mutta rikkikatodeilla varustetut akut katsotaan lupaavaksi vaihtoehdoksi painon vähentämiseksi.
Rikkikatodin suunnittelussa joudutaan kuitenkin tekemään kompromissi. Ne voidaan toteuttaa joko interkalaatioon tai muunnokseen perustuen. Interkalaatiotyypit, kuten litiumkobolttioksidi antaa suuren tilavuudellisen energiatiheyden ja ne voivat säilyttää rakenteensa ja ulottuvuutensa, vaikka sisällyttävät litiumatomit kiteiseen rakenteeseensa.
Muunnostyypissä käytetään rikkiä, joka transformoituu rakenteellisesti ja väliaikaisesti jopa liukenee elektrolyyttiin. Teoreettisesti näillä on erittäin hyvä gravimetrinen energiatehokkuus mutta tilavuustiheys on alhainen.
Uudessa hybridijärjestelmässään tutkijat ovat onnistuneet yhdistämään nämä kaksi lähestymistapaa uuteen katodiin, joka sisältää sekä molybdeenisulfidin tyypin että puhdasta rikkiä. Yhdessä ne näyttävät tarjoavan molempien parhaat puolet.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 24.4.2019
