Kiinteät, muiden muassa sähköautojen tulevan sukupolven energialähteeksi povatut kiinteät litiumakut ovat askeleen lähempänä toteutumistaan.

LUE MYÖS:

Tokion teknillisen yliopiston, AIST-tutkimuslaitoksen sekä Yamagatan yliopiston tutkijat alensivat merkittävästi kiinteän litiumakun sähköistä vastusta.

Vastaavien akkujen positiivisen elektrodin eli kohtion ja kiinteän elektrolyytin vuorovaikutuksesta syntyvä suuri vastus on ollut ongelma, jonka alkuperää tutkijat ovat aprikoineet pitkään. Vastus myös kasvaa, kun kohtio altistuu ilmalle, ja näin akun kapasiteetti sekä suorituskyky laskevat.

Tutkijayhteisö on toistuvasti yrittänyt laskea vastusta, pääsemättä kuitenkaan 10 Ohmiin neliösenttimetrille. Kyseinen arvo on rajapintavastuksen arvo tilanteessa, jossa ilma-altistusta ei tapahdu.

Nyt japanilaistutkijat kuitenkin onnistuivat pääsemään hyvin lähelle, 10,3 Ohmiin neliösenttimetrille.

Tutkijat laskivat vastusta valmistamalla ohutkalvoisia akkuja, jotka sisälsivät negatiivisen varauksen litiumkohtioita, positiivisia litiumkobolttioksidikohtioita sekä kiinteitä litiumfosfaattielektrolyyttejä.

Ennen akkujen kasaamista tutkijat altistivat litiumkobolttioksidikohtiot ilmalle, typpi- ja vetykaasuille, hapelle, hiilidioksidille sekä vesihöyrylle puolen tunnin ajan.

Yllätyksekseen tutkijat huomasivat, että altistuminen typelle, hapelle, hiilidioksidille ja vedylle ei laskenut akkujen suorituskykyä.

”Vain vesihöyry laski voimakkaasti litiumkobolttioksidikohtion ja litiumfosfaattielektrolyytin vuorovaikutusta ja nosti rajapintavastuksen yli kymmenkertaiseksi verrattuna kaasuille altistumattomaan rajapintaan”, tutkijaryhmää johtanut professori Taro Hitosugi kertoo EurekAlert! -verkkojulkaisussa.

Seuraavaksi tutkijat lämpökäsittelivät saostetut, negatiivisen varauksen omaavat litiumkobolttikohtiot sisältävät akut tunnin ajan 150 celsiusasteessa. Tällä tavoin tutkijat laskivat vastuksen edellä mainittuun arvoon.

Tarkastellessaan vastusarvon laskua simulaatioin ja mittauksin tutkijat päättelivät, että protonien spontaani poistaminen litiumkobolttioksidiyhdisteestä lämpökäsittelyllä voi olla ilmiön takana.

”Tutkimusemme osoittaa, että litiumkobolttioksidin protonit ovat tärkeässä roolissa akkujen palautumisessa. Toivomme, että näiden rajapinnoissa tapahtuvien mikroskooppisten prosessien selvittäminen auttaa kiinteiden litiumakkujen kehittämistä”, Hitosugi päättää.

Japanilaistutkijoiden tutkimus on julkaistu vertaisarvioidussa ACS Applied Materials & Interfaces -julkaisussa.