Uusi vaihe edullisten akkujen kilpailussa

Innovatiivinen menetelmä voisi auttaa voittamaan merkittävän esteen natriumioniakkujen suunnittelussa. Valmistusprosessin tärkeä yksityiskohta paljastaa, että lämmityksen hidastaminen voisi estää mikrohalkeamien syntymisen katodipartikkeleissa.

Nämä halkeamat ovat pitkään vaikuttaneet näiden akkujen suorituskykyyn, rajoittaen niiden käyttöikää. Argonnen tutkimusryhmä on äskettäin kehittänyt menetelmän, joka näyttää ratkaisevan tämän toistuvan ongelman.


Ymmärtääkseen näiden halkeamien syyn, tutkijat tarkastelivat katodipartikkeleiden rakennetta, joka koostuu nickelirikkaasta ytimestä ja koboltti- ja mangaanikuoresta. Tämä erityinen rakenne mahdollistaa suuren varastointikapasiteetin, mutta materiaalien epätasapaino aiheuttaa sisäisiä jännityksiä, jotka johtavat halkeamien syntymiseen lataus-purkujaksojen aikana.

Muuttamalla lämmityksen nopeutta partikkeleiden valmistusprosessin aikana, tiimi havaitsi, että hitaampi nopeus vähensi näitä jännityksiä. Synteesiprosessi, joka toteutettiin erittäin tarkkojen lämpötilaehtojen alla, mahdollisti katodipartikkeleiden stabiloinnin.

Argonnessa tehdyt tutkimukset paljastivat, että kun partikkeleita kuumennetaan yhden asteen minuutissa, halkeamia ei muodostu. Sen sijaan nopeampi lämmitysohjelma, viisi astetta minuutissa, johtaa halkeamien syntymiseen 250 °C:ssä.

Tämä löytö on ratkaiseva natriumioniakkujen tulevaisuudelle. Nämä akut, jotka ovat edullisempia ja runsaampia kuin litiumioniakut, voisivat näytellä keskeistä roolia energiasiirtymässä, erityisesti uusiutuvan energian varastoinnissa.

Tutkijat jatkavat tämän teknologian parantamista pyrkien poistamaan nikkelin käytön katodeista, mikä edelleen vähentäisi kustannuksia ja parantaisi kestävyys. Vaikka natriumioniakkujen energiatiheys on alhaisempi kuin litiumakkujen, ne osoittautuvat lupaaviksi kaupunkikäyttöön soveltuvissa sähköajoneuvoissa.

Tavoitteena on kehittää natriumioniakkuja, jotka ovat yhtä tehokkaita kuin nykyiset litium-rauta-fosfaatti-katodit, mikä voisi tehdä sähköisestä liikkuvuudesta kestävämpää.

Mikä on natriumioniakku?

Natriumioniakku on ladattava akkutyyppi, joka käyttää natriumioneja (Na⁺) energian varastoimiseen ja vapauttamiseen, toisin kuin litiumioniakut, jotka käyttävät litiumioneja. Natriumionit liikkuvat anodin ja katodin välillä lataus- ja purkujaksojen aikana, luoden elektronivirran, joka tuottaa sähköä.

Vaikka litiumioniakut hallitsevat markkinoita, natrium on paljon runsaampaa ja edullisempaa kuin litium. Tämä tekee natriumioniakuista houkuttelevia, erityisesti sovelluksissa, jotka vaativat suuria energian varastointimääriä, kuten sähköverkot. Kuitenkin näillä akkuilla on alhaisempi energiatiheys, mikä tarkoittaa, että ne varastoivat vähemmän energiaa paino- tai tilavuusyksikköä kohti.