Lisäkalvo tekee litiumioniakuista turvallisia

Ladattavan litiummetalliparistojen punainen fosforikerros voi signaloida, kun dendriitit uhkaavat muodostaa oikosulun. Rice Universityn kehittämä tekniikka voisi johtaa tehokkaampiin litiummetalliparistoihin.

Litiumioniakut ovat mullistaneet kannettavan elektroniikan käytön, mutta niiden kemiassa on ongelmansa. Ionien siirtyminen anodin ja katodin välillä on altis muodostamaan ns. dendriittejä eli säikeitä, jotka voivat johtaa jopa oikosulkuun. Ricen yliopiston tutkijat ovat kehittäneet ongelmaan yksinkertaisen ratkaisun.

Kemisti James Tourin johdolla on kehitetty rakenne, jossa anodin ja katodin elektrodien välinen erotin on pinnoitettu punaisella fosforilla. Fosforikalvo toimii ikään kuin vakoilijana, jonka avulla latausta monitoroidaan.

Litium-metallianodit lataavat paljon nopeammin ja pystyvät varastoimaan noin 10 kertaa enemmän energiaa kuin yleiset esimerkiksi älypuhelimissa ja sähköautoissa tällä hetkellä käytössä olevat litiumionianodit. Lataamisen aikana litiumia sisältävät anodit kuitenkin muodostavat dendriittejä.

James Tourin testikennoissa punaisesta fosforista rakennettu kalvo aistii, milloin dendriitti yltää siihen. Tämä aiheuttaa muutoksen latausjännitteessä. Tämä kertoo akun hallintaohjelmistolle, että lataaminen pitää lopettaa.

Aiemmin vastaava ratkaisu on edellyttänyt kolmannen elektrodin sijoittamista kennoon. Näiden rakenteiden valmistaminen on kuitenkin hyvin hankalaa ja yhden staattisen kalvon asentaminen elektrodien väliin ratkaisee ongelman yksinkertaisella tavalla, joka on helppo valmistaa.

Testien perusteella fosforikalvolla ei ole merkittävää vaikutusta akun toimintaan. Perinteinen erotinkalvo ei tuota jännitteenmuutosta dendriitin yltäessä siihen.

Viime vuonna Ricen kemistit esittelivät hiilinanoputkikalvon, joka estää kokonaan dendriittien muodostumisen litium-metallianodeissa. Kun tutkijat yhdistävät nämä kaksi tekniikkaa, saadaan aikaan pitkäikäisempiä, suurempikapasiteettisia litiumakkuja, jotka varoittavat mahdollisista oikosuluista.

Veijo Ojanperä, ETN 18.02.2019

Aiheesta näillä sivuilla aiemmin:

Uusi anodi ja katodi litiumakuille

Asfaltti nopeuttaa litiumakkujen latautumista