Tehokas akku kulutuselektroniikalle

Massachusetts Institute of Technologyn (MIT) spinout valmistautuu kaupallistamaan uutta ladattavaa litiummetalliakkua.

Vuonna 2012 Qichao Hun perustama SolidEnergy Systems on kehittänyt litiummetallisen kaupallisen akun useine materiaali-innovaatioineen, jotka tekevät sen kaksi kertaa niin energiatiheäksi, mutta yhtä turvalliseksi ja kestäväksi kuin litium-ioni-akut, joita nykyään käytetään kuluttajaelektroniikassa.

Perimmältään akussa vaihdetaan akkujen yleinen anodimateriaali, grafiitti hyvin ohueen litium-metallikalvoon, johon mahtuu enemmän ioneja. Myös elektrolyytin kemialliset muutokset tekevät tyypillisesti lyhytikäisen ja epävakaan litiummetallikennon ladattaviksi ja turvallisemmaksi käyttää.

Lokakuussa 2015 SolidEnergy esitteli ensimmäisen toimivan prototyypin litiummetallisesta älypuhelimen akusta. Nyt yhtiö aikoo tuoda akut kaupallisesti älypuhelimiin ja puettaviin alkuvuodesta 2017 ja sähköautoihin vuonna 2018. Mutta ensimmäinen sovellus ovat helikopterilennokit (drones), joihin akut ovat tulossa jo marraskuussa.

Ladattavia litiummetallisia akkuja on yritetty saada aikaan jo pitkään mutta, jotta ne olisivat turvallisempia, se on täytynyt tehdä energiatehokkuuden kustannuksella. Nestemäinen elektrolyytti on pitänyt vaihtaa huonosti johtavaan kiinteään polymeerielektrolyyttiin tai hankalasti skaalattavaan epäorgaaniseen elektrolyyttiin.

Yksi uuden akun innovaatio on käyttää erittäin ohutta litiummetallista kalvoa anodina. Se on useita kertoja ohuempi ja kevyempi kuin perinteiset grafiitti-, hiili- tai piianodit. Tämä ohennus kutistaa akun koon puoleen.

Kuitenkin tällainen akku toimi vasta 80 Celsius-asteessa mikä ei ole mahdollista kuluttajasovelluksissa. Joten Hu kehitti kiinteän ja nestemäisen hybridielektrolyytin. Litiummetallikalvo päällystettiin ohuella kiinteällä elektrolyytillä, joka ei tarvitse lämmitystä toimiakseen.

Hän loi myös uudenlaisen kvasi-ionisen nestemäisen elektrolyytin, joka ei ole helposti syttyvää, ja sillä on lisäksi kemiallisia muutoksia erottimen ja kennojen rakenteeseen estämässä sitä reagoimasta negatiivisesti litiummetallin kanssa.

Loppuvuodesta 2012 kun Hu valmistautui käynnistämään SolidEnergyn, MIT spinout A123 Systems, joka kehitti edistyksellisiä litium-ioni-akkuja, meni konkurssiin.

Tulevaisuus ei siten näyttänyt hyvältä akkuyrityksille mutta tässä oli myös onni onnettomuudessa. SolidEnergy pääsi tekemään prototyyppinsä A123:n silloin vapautuneissa tuotantotiloissa ja laitteissa.

Tämä pakotti SolidEnergyn suunnittelemaan materiaaleja jotka toimivat käytännön valmistusprosesseissa ja lopulta tämä johti tuottamaan uudenlaisia mutta kaupallisesti relevantteja akkuja.