Suur edasiminek akutehnoloogia vallas

Helmholtzi Instituut Ulmis (HIU) teatas rekordilise liitium-metall elemendi loomisest. Selle erimahtuvus on kaks korda suurem kui masstootmises olevatel liitium-ioonelementidel, kuid mis kõige tähtsam, teadlastel õnnestus leida ka sobiv elektrolüüt, mis takistab katoodi hävimist ja pikendab märkimisväärselt aku kasutusiga. HIU uuring avaldati teadusajakirjas Joule.

Liitium-metallelement erineb liitium-ioonelemendist anoodimaterjali poolest: selles ei kasutata grafiiti, vaid liitiummetalli, mis võib salvestada kuni 10 korda rohkem energiat. Takistuseks selliste patareide kaubanduslikul kasutamisel on keerulised reaktsioonid anoodi ümber, sealhulgas liitiumdendriitide moodustumine. Seda probleemi on püütud lahendada mitmel viisil, kuid HIU otsustas lihtsalt elektrolüüdi asendamise kasuks.

Esimesed laboratoorsed katsed viidi läbi mitmekihilise nikliga rikastatud katoodiga NCM88 ja kaubanduslikult kättesaadava orgaanilisel baasil valmistatud elektrolüüdiga LP30. See kombinatsioon põhjustas aga katoodi pragunemise ja anoodile samblikulaadse liitiumikihi tekkimise ning pärast tuhandet laadimistsüklit oli elemendi jääkvõimsus vaid 36,9 protsenti algsest võimsusest.

LP30 asendamine raskesti süttiva kaheioonilise vedelelektrolüüdiga ILE vähendas oluliselt katoodi struktuurimuudatusi ja teadlased suutsid saavutada vastuvõetavad parameetrid. Näiteks saavutas liitiummetallist elemendi erivõimsus 560 vatt-tundi kilogrammi kohta. Võrdluseks: liitium-ioonelementide võimsus on 285 vatt-tundi, tahkekehade maht on 400-500 vatt-tundi kilogrammi kohta ja ainult eksootiliste liitium-väävli- ja liitiumdioksiid-süsinikelementide puhul väidetakse, et nende võimsus on mitu tuhat vatt-tundi.

Sama oluline on see, et pärast 1000 laadimistsüklit säilitas HIU-element 88 protsenti oma võimsusest ja selle kasutegur (laadija poolt antud ampritundide ja saadud ampritundide suhe) oli 99,94 protsenti. Selliste akude massiline kasutamine on siiski veel kaugel. General Motors on aga juba teatanud, et järgmise põlvkonna Ultium-akud on liitium-metallist. Nende deklareeritud erivõimsus on 400-500 vatt-tundi kilogrammi kohta.