Kiinteän elektrolyytin akut lupaavat nykyisiä litiumioniakkuja suurempaa energiatiheyttä, parempaa turvallisuutta ja pidempää käyttöikää. Niiden kaupallistamista on kuitenkin hidastanut sitkeä ongelma: latauksen aikana syntyvät litiumdendriitit voivat tunkeutua kiinteän elektrolyytin läpi ja aiheuttaa akun sisäisen oikosulun. Max Planck -instituutin tutkijat ovat nyt osoittaneet, mistä ilmiö johtuu. Tulokset on julkaistu Nature-tiedelehdessä.
Ongelma on ollut materiaalifysiikan kannalta erikoinen. Dendriitit koostuvat litiumista, joka on metallina hyvin pehmeää. Silti ne pystyvät läpäisemään jäykän ja hauraan keraamisen elektrolyytin. Max Planck Institute for Sustainable Materials -instituutin tutkijat kuvaavat ilmiötä vertauksella, jossa pehmeä litium tunkeutuu kovaan keraamiin samaan tapaan kuin jatkuva vesisuihku pystyy kuluttamaan kiveä.
Aiemmin ilmiölle on esitetty kahta pääselitystä. Ensimmäisen mukaan dendriitin sisälle muodostuva mekaaninen paine rikkoo elektrolyytin. Toisen mukaan elektronit vuotavat kiinteän elektrolyytin raerajoja pitkin ja synnyttävät litiumytimiä dendriitin kärjen etupuolelle. Max Planckin ryhmän mukaan tulokset tukevat mekaanista selitystä. Litiumia ei havaittu rikastuneena dendriitin kärjen edessä, vaan halkeaman eteneminen johtui dendriitin aiheuttamasta jännitystilasta.
Tutkijat valmistelivat ja analysoivat näytteet tyhjiössä ja kryogeenisissa lämpötiloissa, jotta happi, kosteus tai elektronimikroskoopin säde eivät vääristäisi havaintoja. Näin he pystyivät tutkimaan litiumdendriittien jännitystilaa ja plastista muodonmuutosta halkeamien sisällä. Mallinnuksen perusteella litiumdendriitin hydrostaattinen jännitys synnyttää kiinteään elektrolyyttiin vetojännityksen, joka johtaa hauraaseen murtumaan.
Löydös on tärkeä, koska se antaa akkututkijoille aiempaa tarkemman suunnan ongelman ratkaisemiseen. Jos oikosulku johtuu ennen kaikkea mekaanisesta murtumisesta, dendriittejä voidaan yrittää hallita parantamalla kiinteän elektrolyytin sitkeyttä, muokkaamalla sen mikrorakennetta tai ohjaamalla halkeamien etenemistä. Nature-artikkelin mukaan granaattityyppisessä kiinteässä elektrolyytissä litiumin etenemistä voidaan myös ohjata geometrisesti suunnitelluilla tyhjillä tiloilla, mikä voi vähentää oikosulkujen riskiä.
Kiinteän elektrolyytin akut ovat yksi lupaavimmista seuraavan sukupolven akkutekniikoista sähköautoihin, kannettavaan elektroniikkaan ja muuhun sähköistyvään teollisuuteen. Ne eivät kuitenkaan yleisty laajasti ennen kuin dendriittien kasvu ja siitä seuraavat sisäiset oikosulut saadaan hallintaan. Max Planckin tutkimus ei vielä ratkaise ongelmaa tuotantovalmiilla akulla, mutta se selittää aiempaa tarkemmin mekanismin, joka on ollut yksi kiinteäakkujen suurimmista kaupallistamisen esteistä.
IGBT on pitkään ollut teollisuuden tukipilari, joka yhdistää suuren tehon yksinkertaisiin ohjaustapoihin. Uuden polven IGBT7-teknologia on saanut merkittäviä parannuksia verrattuna aiempiin sukupolviin: alhaisempi myötäjännite, suuremmat nimellisvirrat, ylikuormituskapasiteetti 175°C asti, tarkempi dv/dt-säätö ja laadukkaampi suojadiodi.
