Tutkijat ovat ensi kertaa onnistuneet hyödyntämään hiilidioksidia akkujen ALD-pinnoitteen valmistuksessa. Saavutukseen ylsi Aalto-yliopisto.
Aalto-yliopiston tutkijat saivat ensimmäisinä maailmassa aikaan akkupinnoitteen, jonka molekyylikerrokset kasvatettiin hiilidioksidin avulla.
ALD-pinnoituksessa eli atomikerroskasvatuksessa on tähän asti käytetty vain epäorgaanisia materiaaleja eli materiaaleja, jotka eivät sisällä hiiltä.
”Teemme täysin luonnollista SEI-kerrosta matkivan pinnoitteen, joka toivottavasti suojaa varsinaista elektrodimateriaalia”, kertoo tohtorikoulutettava Juho Heiska Aallon tiedotteessa.
Monimutkainen SEI-kerros (solid electrolyte interphase) muodostuu akkuihin, kun niitä ladataan ja käytetään. Kerroksen rakenne muistuttaa mosaiikkia, jossa on sekä orgaanisia että epäorgaanisia osia.
Hiilinanoputkia päällystettyinä hiilidioksidin avulla tehdyllä pinnoitteella. Kuva: Juho Heiska/Aalto-yliopisto
Jos akun elektrodin pinnalle tehdään atomikasvatuksella keinotekoinen kerros, akkujen käyttöikä pitenee.
Varsinainen elektrodimateriaali säästyy, kun erikseen lisätty kerros reagoi ja muodostaa suojaavan SEIn. Keinotekoisesti tuotetun SEIn pinta on lisäksi tasaisempi ja laadukkaampi kuin luonnollisesti syntyvän.
Akuissa voitaisiin ehkä käyttää metallista litiumia
Keinotekoinen SEI voi mahdollistaa myös uusien, tehokkaampien elektrodimateriaalien käytön. Akku koostuu aina kahdesta elektrodista, joilla molemmilla on omat ominaisuutensa, jotka vaikuttavat akun suorituskykyyn.
”Lottovoitto olisi, jos akuissa pystyisi käyttämään metallista litiumia”, Heiska sanoo.
Jos puhdasta litiummetallia kyettäisiin käyttämään turvallisesti, akkujen kapasiteetti nousisi huomattavasti.
”Keinotekoisen SEIn avulla tämä voisi onnistua.”
Metallinen litium saattaa sytyttää akun palamaan, jos se joutuu kosketuksiin veden tai ilman kanssa. Sen hyödyntäminen akuissa on siksi haastavaa.
”Metallien louhiminen liian halpaa”
Akkujen käyttö lisääntyy jatkuvasti erityisesti sähköautojen yleistymisen myötä. Akkujen kestävyyttä ja tehoa pitäisi näin ollen saada parannettua.
Asiassa on kuitenkin ongelmansa.
”Metallien louhiminen on tällä hetkellä liian halpaa, joten yrityksillä ei ole motivaatiota valmistaa tuotteita, joiden elinikä olisi pidempi kuin nykyisin. Eikä kuluttajilla ole kiinnostusta maksaa akuista enempää kuin nykyisin”, Heiska toteaa.
Aallon tutkijat ryhtyvät seuraavaksi testaamaan, kuinka nyt kehitetty keinotekoinen pinnoite suojaa akkua.
Tutkimustulokset julkaisi Nanoscale Advances -lehti.
