Soulin Hanyangin yliopiston tutkijat ovat kehittäneet uuden tavan lisätä eri elektronisissa laitteissa ja ajoneuvoissa käytettävien akkujen suorituskykyä ja kestävyyttä. Niiden tekniikka koostuu akun katodien pesusta ja pinnoittamisesta erikoisliuoksella.
Akut ovat välttämättömiä monien nykyaikaisten laitteiden ja koneiden virtalähteeksi älypuhelimista ja kannettavista tietokoneista sähköautoihin ja robotteihin. Yksi akkukehittäjien suurimmista haasteista on kuitenkin akkukennojen energiatiheyden ja kestävyyden lisääminen, erityisesti niiden, jotka käyttävät runsaasti nikkeliä (Ni) materiaaleja katodeina.
Korkean nikkelin katodeilla on monia etuja, kuten suuri kapasiteetti ja alhaiset kustannukset. Niillä on kuitenkin myös merkittävä haittapuoli - taipumus nopeaan hajoamiseen johtuen niiden korkeasta reaktiivisuudesta vuorovaikutuksessa ympäristön kanssa. Tämä johtaa ei-toivottujen litiumyhdisteiden muodostumiseen katodin pinnalle ja haitallisiin sivureaktioihin elektrolyytin kanssa - nesteen kanssa, joka kuljettaa sähkövarauksen akun sisällä.
Tämän ongelman ratkaisemiseksi tutkijat ovat kehittäneet yksinkertaisen mutta tehokkaan ratkaisun: katodien pesun vedellä, joka sisältää liuenneita koboltti-ioneja (Co). Tämä prosessi poistaa ylimääräisen litiumin katodin pinnalta ja muodostaa ohuen, yhtenäisen, runsaasti kobolttia sisältävän kerroksen, joka toimii suojakilvenä. Tämä kerros estää katodin suoran kosketuksen elektrolyytiin, mikä vähentää mahdollisuutta hajoamiseen edelleen.
Tutkijat lisäsivät myös fluoripinnoitteen pestyyn katodiin, mikä lisäsi entisestään akun vakautta ja turvallisuutta. Fluoripinnoite estää elektrolyyttisuolojen hajoamisen ja kaasukuplien muodostumisen, jotka voivat aiheuttaa akun turpoamisen ja jopa räjähtämisen.
Tutkijat testasivat pesu- ja pinnoitustekniikkaansa useilla runsaasti nikkeliä sisältävillä katodeilla, mikä paransi merkittävästi niiden suorituskykyä ja käyttöikää. Käsitellyt katodit säilyttivät yli 90 % alkuperäisestä kapasiteetistaan 500 jakson jälkeen, kun taas käsittelemättömät katodit säilyttivät alle 80 %. Ne osoittivat myös korkeampaa energiatiheyttä ja vähemmän kaasunmuodostusta kuin perinteiset katodit.
Tiedemiehet toivovat, että heidän tekniikkansa tasoittaa tietä tehokkaampien ja luotettavampien akkujen kehittämiselle erilaisiin sovelluksiin, erityisesti sähköajoneuvoihin ja suureen elektroniikkaan. He odottavat myös tulostensa inspiroivan muita tutkijoita löytämään uusia tapoja parantaa nikkelillä rikastettujen katodien vakautta ja kestävyyttä.
Lue myös: