Tavanomaiset älypuhelimissa ja kannettavissa käytettävät litiumioniakut ovat saavuttaneet suorituskykyrajansa. Wienin yliopiston ja Torinon polyteknisen korkeakoulun tutkijat ovat kehittäneet uuden nanorakenteisen anodimateriaalin litiumioniakuille, mikä laajentaa akkujen kapasiteettia ja käyttöaikaa.
- Nanorakenteiset litiumioniakkujen materiaalit voisivat tarjota hyvän ratkaisun, toteaa materiaalikemisti Freddy Kleitz Wienin yliopistosta.
Mesohuokoiseen sekametallioksidiin ja grafeenin perustuva materiaali voisi tarjota uuden lähestymistavan akkujen parempaan käyttöön suurissa laitteissa, kuten sähkö- tai hybridiajoneuvoissa. Tutkijoiden kehittämä 2D/3D-nanokomposiitti todella paransi litiumioniakkujen sähkökemiallista suorituskykyä.
- Koeajoissamme uusi elektrodimateriaali paransi merkittävästi kapasiteettia ennennäkemättömällä käyttöjaksojen vakaudella yli 3000 palautuvasta lataus- ja purkautumisjaksosta jopa suurilla 1280 milliampeerin virroilla, kertoo Freddy Kleitz. Nykypäivän litiumioniakut menettävät suorituskykyään noin tuhannen latauskerran jälkeen.
Tavanomaisissa anodeissa esiintyy usein hiilimateriaalia, kuten grafiittia. - Metallioksideilla on parempi akku kapasiteetti kuin grafiitilla, mutta ne ovat melko epävakaat ja vähemmän johtavat, selvittää tilannetta Kleitz.
Tutkijat löysivät keinon hyödyntää parhaiten molempien yhdisteiden positiivisia ominaisuuksia. He kehittivät uuden, elektrodiaktiivisten materiaalien joukon, joka perustui sekametallioksidiin ja erittäin johtavaan ja stabiloivaan grafeeniin, ja se osoitti parempia ominaisuuksia verrattuna useimpien siirtymämetallioksidien nanorakenteisiin ja komposiitteihin.
- Nykyiseen lähestymistapaan verrattuna uuden, tehokkaan ja kestävän anodimateriaalin innovatiivinen suunnittelustrategia on yksinkertainen ja tehokas, se on vesipohjainen prosessi, ollen siten ympäristöystävällinen ja valmis sovellettavaksi teollisuustasolle, tutkijat päättelevät.
Venäläis-kiinalainen tutkijaryhmä on puolestaan onnistunut yhdessä teollisuuskumppanin kanssa lisäämään litiumioniakun energiakapasiteettia 15 prosenttia. Tehokkuutta parannettiin lisäämällä kiinteä elektrolyytti akun katodiin.
Kiinteän elektrolyytin syntetisoi Pietarin polyteknisen yliopiston Daniil Alexandrov. Sen avulla onnistuttiin lisäämään akun kapasiteettia 15 prosenttia verrattuna nestemäisen elektrolyytin kapasiteettiin. Saavutus auttoi myös keventämään akun painoa.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 7.1.2019
