Orgaaninen katodi nostaa akun rajoituksia
Johtava polymeerirakenne, joka voi tuottaa suuremman energiatiheyden, laajemman lämpötilansietokyvyn ja paremman turvallisuuden litiumionikennoissa.
Tianjinin yliopiston ja Etelä-Kiinan teknillisen yliopiston tutkijat ovat kehittäneet orgaanisen litiumioniakun, joka on rakennettu rakennetun katodimateriaalin ympärille.Tutkimus kuvaa johtavaa polymeerielektrodia, joka on suunniteltu korjaamaan orgaanisen akun suorituskyvyn pitkäaikaisia rajoituksia.
Perinteiset litiumioniakut käyttävät epäorgaanisia katodeja, jotka sisältävät metalleja, kuten kobolttia ja nikkeliä, mikä herättää huolta resurssien saatavuudesta, turvallisuudesta ja mekaanisesta jäykkyydestä.Orgaaniset elektrodimateriaalit sitä vastoin ovat peräisin runsaimmista lähteistä, ja niitä voidaan räätälöidä rakenteellisesti, mutta ne ovat historiallisesti kohdanneet haasteita korkean energiatiheyden ja nopean litiumionikuljetuksen saavuttamisessa.
Tutkimusryhmä kehitti katodimateriaaliksi n-tyypin johtavan polymeerin, joka tunnetaan nimellä polybentsofuraanidioni tai PBFDO.Polymeeri osoittaa korkean elektronisen johtavuuden, nopean litiumionikuljetuksen ja vakaan rakenteellisen käyttäytymisen vaihtelevissa olosuhteissa.Tätä materiaalia käyttämällä tiimi kokosi pussikennon, jonka energiatiheys oli yli 250 wattituntia kilogrammaa kohden.Vertailun vuoksi litiumrautafosfaattiakut vaihtelevat tyypillisesti välillä 160-200 wattituntia kilogrammaa kohden.
Akku toimi lämpötilaikkunan poikki miinus 70 celsiusasteesta 80 celsiusasteeseen.Mekaanisissa testeissä orgaaninen katodi säilytti rakenteen ja kapasiteetin taivutuksen ja puristuksen jälkeen.Myös ampeerituntitasoinen pussikenno läpäisi pistotestin ilman tulipaloa tai räjähdystä.
"Tämä tutkimus murtaa akkuteknologian perinteiset rajoitteet resurssiriippuvuuden ja ympäristövaikutusten suhteen", sanoi johtava tutkija, professori Xu Yunhua."Se ei vain vastaa kaupallisten akkujen energiatiheyttä, vaan tarjoaa myös erinomaisen turvallisuuden ja paljon laajemman käyttölämpötila-alueen."
Tutkijat pyrkivät pilottimittakaavaiseen tuotantoon ja tutkivat sovelluksia joustavassa elektroniikassa, puettavissa laitteissa ja kevyissä energian varastointijärjestelmissä, joissa turvallisuus, mukautumiskyky ja lämpötilansieto ovat kriittisiä.