Natriumakku ilman anodia

Chicagon yliopiston Pritzker School of Molecular Engineeringin ja Kalifornian San Diegon yliopiston kemian- ja nanotekniikan laitoksen välinen yhteistyötutkimus on tuonut halpojen, nopeasti latautuvien ja suurikapasiteettisten akkujen todellisuuden sähköajoneuvoihin ja verkkovarastointiin lähemmäksi kuin koskaan aiemmin.

"Vaikka aiempia natrium-, kiintoelektrolyyttisiä- tai anodivapaita akkuja on ollut, kukaan ei ole onnistunut yhdistämään näitä kolmea ideaa tähän mennessä", kehuu UC San Diegon PhD-kandidaatti Grayson Deysher.

Nature Energy -lehdessä julkaistu paperi esittelee uutta natriumakkujen arkkitehtuuria, jossa on vakaa työjaksottelu useiden satojen syklien ajan. Poistamalla anodin ja käyttämällä edullista, runsaasti saatavaa natriumia litiumin sijasta tämä uusi akku on edullisempi ja ympäristöystävällisempi valmistaa. Innovatiivisen kiintoaineisen rakenteensa myötä akku on myös turvallinen ja tehokas.

Tämä työ on sekä tieteen edistysaskel että välttämätön askel akkujen skaalausvajeen täyttämiseksi, joka tarvitaan maailmantalouden siirtämiseksi pois fossiilisista polttoaineista.

Litiumakun energiatiheyttä vastaavan natriumakun luomiseksi ryhmän piti kehitellä uusi arkkitehtuuri.

Perinteisissä akuissa on anodi, joka säilyttää ionit akussa latauksen aikana. Akun ollessa käytössä ionit virtaavat anodista elektrolyytin kautta virrankerääjään (katodiin), ja edelleen virrankäyttöön.

Anodittomissa akuissa ionit varastoidaan alkalimetallin sähkökemialliseen kerrostukseen suoraan virrankerääjälle. Tämä lähestymistapa mahdollistaa korkeamman kennojännitteen, alhaisemmat kennokustannukset ja lisää energiatiheyttä, mutta tuo omat haasteensa.

"Kaikissa anodittomissa akuissa on oltava hyvä kontakti elektrolyytin ja virrankeräimen välillä", Deysher toteaa. Tämä onnistuu nestemäisellä elektrolyytillä mutta ei kiinteällä elektrolyytillä.

Lisäksi nestemäiset elektrolyytit saavat aikaan kertymiä eli kiinteän elektrolyytin välivaiheita, mikä kuluttaa tasaisesti aktiivisia aineita, mikä vähentää akun käyttökelpoisuutta ajan myötä.

Ryhmän uudessa lähestymistavassa ei käytä virrankerääjää ympäröivää elektrolyyttiä vaan virrankeräin ympäröi elektrolyyttiä.

He loivat nykyisen keräimensä alumiinijauheesta, kiinteästä aineesta, joka voi virrata kuin neste.

Akun kokoonpanon aikana jauhe tiivistettiin korkeassa paineessa kiinteän virrankeräimen muodostamiseksi samalla kun se säilytti nestemäisen kosketuksen elektrolyytin kanssa, mikä mahdollistaa edullisen ja tehokkaan työjaksottelun, joka voi viedä tämän peliä muuttavan tekniikan eteenpäin.

"Kiinteän elektrolyytin Natrium-akkuja pidetään yleensä kaukaisena tulevaisuuden teknologiana, mutta toivomme, että tämä työ voi piristää enemmän natriumaluetta osoittamalla, että se voi todellakin toimia hyvin, jopa paremmin kuin litium versio joissakin tapauksissa", Deysher sanoi.

Meng ja Deysher ovat jo jättäneet patenttihakemuksen työlleen UC San Diegon innovaatio- ja kaupallistamistoimiston kautta.

Aiheesta aiemmin:

Akku ja superkonkka yhteen soppii

Kohti tehokasta anoditonta natriumakku