Texasin yliopiston Dallasissa olevat tiedemiehet ovat tunnistaneet LiNiO₂-paristojen heikkenemisen syyn. Tämä löytö, joka julkaistiin Advanced Energy Materials -lehdessä, avaa mahdollisuuksia parantaa niiden vakautta. Heidän innovatiivinen lähestymistapansa perustuu katodirakenteen vahvistamiseen, joka on keskeinen osa paristoja.
Kuvituskuva Pixabay
Professori Kyeongjae Cho ja hänen tiiminsä ovat käyttäneet laskennallisia malleja ymmärtääkseen heikkenemistä. He ovat havainneet, että LiNiO₂:n happiatomit aiheuttavat epävakautta, mikä johtaa halkeamiin. Tämän ongelman ratkaisemiseksi he ehdottavat positiivisten ionien lisäämistä katodin vahvistamiseksi.
Matthew Bergschneider, materiaalitieteen tohtoriopiskelija, johtaa robottivalmistusprojektia paristojen prototyyppien valmistamiseksi. Tämä menetelmä mahdollistaa satojen paristojen tuottamisen viikossa, mikä vie lähemmäksi kaupallistamista.
BEACONS-ohjelma, jota rahoittaa puolustusministeriö, tukee tätä tutkimusta. Tavoitteena on kehittää tehokkaampia energian varastointiteknologioita ja kouluttaa pätevää työvoimaa tälle nopeasti kasvavalle alalle.
LiNiO₂-paristot voisivat korvata koboltista valmistetut paristot, joka on harvinainen ja kallis materiaali. Tämä edistysaskel voisi hyödyttää monia aloja, älypuhelimista sähköajoneuvoihin, tarjoamalla pidemmän käyttöiän.
Tutkijat aikovat tehdä yhteistyötä teollisuuden kumppanien kanssa tämän teknologian kaupallistamiseksi. Heidän ratkaisunsa voisi merkitä käännekohtaa litiumioni-paristojen alalla, tehden paristoista kestävämpiä ja helpommin saatavilla olevia.
Kuinka litiumioni-paristo toimii?
Litiumioni-paristo varastoi ja vapauttaa energiaa litiumionien liikkeen avulla kahden elektrodin, katodin ja anodien välillä. Latauksen aikana litiumionit liikkuvat katodista anodiin. Purkautumisen aikana ne palaavat katodiin, tuottaen sähkövirtaa.Katodi koostuu yleensä seoksesta materiaaleja, joihin kuuluu kobolttia, joka on kallista ja harvinaista. Tutkijat pyrkivät korvaamaan koboltin runsaammilla ja edullisemmilla materiaaleilla.
Elektrolyytti, joka on joko neste tai johtava geeli, mahdollistaa ionien liikkeen elektrodien välillä. Näiden komponenttien vakaus on ratkaisevan tärkeää pariston suorituskyvyn ja käyttöiän kannalta.
Edistysaskeleet materiaalien ja kemiallisten prosessien ymmärtämisessä mahdollistavat litiumioni-paristojen tehokkuuden ja turvallisuuden parantamisen, mikä on olennaista monille nykyaikaisille sovelluksille.
Mikä on paristojen heikkeneminen?
Paristojen heikkeneminen on prosessi, joka vähentää niiden kykyä varastoida ja vapauttaa energiaa ajan myötä. Se voi johtua useista tekijöistä, kuten ei-toivotuista kemiallisista reaktioista, materiaalien rakenteellisista muutoksista ja halkeamien muodostumisesta.LiNiO₂-paristojen tapauksessa heikkeneminen johtuu pääasiassa kemiallisesta reaktiosta, joka liittyy happiatomeihin. Tämä reaktio aiheuttaa epävakautta katodin rakenteessa, mikä johtaa halkeamiin ja suorituskyvyn heikkenemiseen.
Vahvistamalla katodin rakennetta positiivisilla ioneilla tutkijat toivovat pidentävänsä paristojen käyttöikää ja helpottavansa niiden kaupallistamista.