Tutkijat ympärimaailmaa yrittävät ratkaista piianodin ongelmaa litiumioniakuissa, koska se nostaa pariston energiatiheyttä merkittävästi. Teksasilaisen Ricen yliopiston tutkijat ovat kehittäneet menetelmän, joka näyttää mahdollistavan näiden toisen polven litiumakkujen kehittämisen.
Piianodin ominaisuudet on helppo ymmärtää. Kun nykyään anodissa olevassa grafiitissa tarvitaan kuusi hiiliatomia vangitsemaan yksi litiumioni, yksi piiatomi voi vangita neljä litiumionia. Tiheysero on näin periaatteessa 24-kertainen.
Ricen tutkija Lisa Biswalin mukaan yksi suurimmista piin ongelmista on, että se muodostaa jatkuvasti niin sanotun kiinteän elektrolyyttifaasin tai SEI-kerroksen, joka kuluttaa litiumia. Kerros muodostuu, kun akkukennon elektrolyytti reagoi elektronien ja litiumionien kanssa, jolloin anodille kerrostuu nanometrin mittakaavassa oleva suolakerros. Kun kerros on muodostettu, se eristää elektrolyytin anodista, mikä estää reaktion jatkumisen.
Biswalin tiimi on kehittänyt pinnoitteen, jonka avulla akun käyttöikä voi kasvaa jopa 22-44 prosenttia. Pinnoite perustuu litiumhiukkasiin ja prosessia kutsutaan nimellä esilitiointi. Vakiintunutta suomenkielistä termiä ei ole.
Prosessi kompensoi litiumionien hävikkiä, joka on tyypillinen piin kanssa. Biswal kuvaa pinnoitusta eräänlaiseksi piianodin pohjamaalaukseksi. Prosessi voidaan lisätä nykyisiin akkujen valmistusprosesseihin.
Tutkimus on julkaistu ACS Applied Energy Materials -lehdessä.
Kuva: AdobeStock