Ioneille vauhtia kiinteän tilan akuissa

(8.10.2026) Rice Universityn tutkijat ovat kehittäneet suhteellisen pehmeän ja joustavan materiaalin, joka tarjoaa uuden lähestymistavan huokoisiin kiinteisiin elektrolyytteihin, joissa yhdistyvät tehokas ionien liikkuminen ja parempi mekaaninen sopeutumiskyky akun sisällä.

Materiaali, nimeltään ZnBTCA, on metalli-orgaanisen rungon eli MOF: huokoinen kiteinen materiaali, joka koostuu orgaanisten molekyylien yhdistämistä metalliatomeista.

MOF-rakenteessa on pieniä, järjestäytyneitä kanavia, jotka voidaan räätälöidä siirtämään tai pitämään tiettyjä molekyylejä ja ioneja, mikä tekee niistä houkuttelevia ehdokkaita akkuelektrolyyteiksi. Monet akkuelektrolyyteiksi ajatellut MOF-rakenteet on rakennettu suhteellisen jäykistä aromaattisista linkkereistä.

ZnBTCA:ssa käytetään erilaista lähestymistapaa: siinä käytetään joustavaa alifaattista linkkeriä, joka tekee itse rungosta pehmeämmän ja mekaanisesti mukautuvamman. Materiaali on myös rakennettu suhteellisen runsaista, edullisista komponenteista, kuten sinkistä ja edullisesta alifaattisesta linkkeristä.

”Jännittävää on se, että sama materiaali yhdistää kaksi hyödyllistä ominaisuutta”, sanoo Stavroula Alina Kampouri, tutkimuksen vastaava kirjoittaja.

”Sen joustavat rakenneosat tekevät kehyksestä pehmeämmän ja mukautuvamman, kun taas sen negatiivisesti varautunut rakenne edistää litiumionien selektiivistä kuljetusta. Näiden ominaisuuksien yhdistäminen antaa meille uuden tavan suunnitella MOF-elektrolyyttejä ottamalla huomioon sekä ionien liikkumisen että materiaalin mekaanisen käyttäytymisen samanaikaisesti.”

Yhdysvaltain energiaministeriön Oak Ridgen kansallislaboratorion tutkijat ovat kiintoakkujen tutkimuksissaan paneutuneet superionisiin johteisiin (SIC). Ne ovat kiinteitä materiaaleja, mutta jotkut niiden ioneista liikkuvat kuten nesteet. Tämän seurauksena ne johtavat sähköä erittäin hyvin.

Yksi SIC, litiumfosforirikkikloridi, on lupaava kiinteän olomuodon akkumateriaali. Neutronisirontaa ja tietokonesimulaatioita käyttämällä tutkijat saivat paremman ymmärryksen tämän materiaalin atomidynamiikasta.

Nostamalla materiaalin lämpötilan yli 400 K:iin (127 Cº), he asettivat sen superioniseen tilaan, jossa ionit toimivat kuin neste. Tässä tilassa tutkijat havaitsivat, että litiumionit voivat hypätä nopeasti materiaalin kiderakenteen läpi.

Tutkijoiden mukaan tämä rakenne mahdollistaisi akussa kiinteiden elektrolyyttien käytön, jotka toimisivat yhtä hyvin kuin nestemäiset elektrolyytit.

SIC-materiaalien räätälöintimahdollisuus voisi myös ohjata tutkijoita muiden laitteiden, kuten polttokennojen ja tietokoneiden, kehittämisessä ja parantamisessa.

Aiheesta aiemmin:

Vedenkestävät ja kierrätettävät redox-aktiiviset MOFit akkuihin

Kuinka ionit virtaavat nesteen tavoin kiinteän kiteen läpi

Kivestä tulevaisuuden kiintoaineakun perusta?

Transistorielektroni tutustuu kännykän kuoriin

Poliisiautosta poistuttaessa transistorielektroni hoksaa, että se on oikeastaan nahkaisessa kännykkäkotelossa eikä itse kännykässä. Se olikin transistorielektronille uusi tuttavuus.

Vetyä, ammoniakkia, sähköä ja kasvihuonekaasua

Vihreä siirtymä vaatii vetyä ja sen yhä laajempaa käsittelyä. Sen kuljettaminen ja varastointi vaatii uusia ratkaisuja. Nyt avuksi onkin saatu sähkö. Tarjolla on myös uusia konsepteja kasvihuonekaasujen katalyyttien kehittelyyn.


Aiemmat uutiset

Joustavuutta neuromorfiseen aistimiseen ilman akkua (09.10.2026)
Neuromorfiset laitteet, jotka on suunniteltu jäljittelemään biologisten neuroverkkojen ominaisuuksia, ovat lupaavia ehdokkaita vähän virtaa kuluttavien ja älykkäiden..

Perovskiittisia aurinkokennoja ja tekoälyä avaruuteen (08.10.2026)
NTU Singapore laukaisi CRIMSON-1-satelliitin testaamaan seuraavan sukupolven perovskiittiaurinkokennoja ja tekoälylaskentaa avaruudessa. Singaporen Nanyangin teknillinen..

Laser pysyy lukittuna ilman aktiivista ohjausta (08.10.2026)
Laserit tuottavat tarkkaa valoa, jota tarvitaan atomikelloihin, kvanttiantureihin, kuituoptiseen valvontaan, koherenttiin tietoliikenteeseen ja etäisyysmittauksiin..

Radioaaltoja lähettävä plasmasädeantenni laserilla (07.10.2026)
”Plasmasädeantenni näyttää valosapelilta ja on viritettävä, mikä tarkoittaa, että meidän pitäisi pystyä lähettämään laajalla taajuusalueella”, sanoo..

Kvanttijärjestelmillä on syntymämerkki (07.10.2026)
Jopa kaoottisimmat kvanttijärjestelmät säilyttävät pysyvän merkin omasta menneisyydestään – "kvanttisyntymämerkin" – joka ei koskaan haalistu. Tampereen..

Sementtipohjaisia superkondensaattoreta älyrakennuksiin (07.10.2026)
Entä jos seuraavan sukupolven rakennukset voisivat varastoida uusiutuvaa energiaa rakenteidensa betoniin. Tutkija Jing Zhong visioi, että ”jos rakennusmateriaalit..

Kvanttilaskennan edistäminen sinkkioksidin kvanttipisteillä (06.10.2026)
Tohokun yliopiston tutkijat ovat yhteistyössä kansallisen materiaalitieteen instituutin (NIMS) ja Tokion yliopiston kanssa ottaneet tärkeän askeleen kohti puolijohteista..

Kvanttimuisti yksittäisille fotoneille (06.10.2026)
Tutkijat yrittävät nyt laajentaa internetin käsitettä kvanttimaailmaan etsien tehokasta tapaa vaihtaa kvantti-informaatiota kubittien kesken. Keskeinen elementti..

Timanttinen kvanttianturi yksinkertaistaa virranmittauslaitteiden kalibrointia (06.10.2026)
Japanin kansallinen edistyneen teollisen tieteen ja teknologian instituutin (AIST) tutkijat ovat yhteistyössä Tokion tiedeinstituutin ja kvanttitieteen ja -teknologian..

Tutkijat ovat löytäneet elektronin neljännesosan varauksen (05.10.2026)
EPFL:n, Princetonin ja Weizmannin tiedeinstituutin tutkijat ovat mitanneet hiukkasia, jotka käyttäytyvät ikään kuin niillä olisi neljäsosa elektronin varauksesta..