Litiumioniakkujen kapasiteetin kasvattamiseksi tutkitaan parhaillaan monenlaisia materiaaleja merivedestä piihin ja melkein kaikkeen mahdolliseen. Lyijy on kiinnostava vaihtoehto, koska sitä on paljon, se on halpaa ja lisäksi sitä käytetään runsain mitoin perinteisessä lyijyakkuteknologiassa. Tutkijat ovat juuri selvittäneet tapaa, miten se voi litiumakun anodimateriaalina kasvattaa merkittävästi akun varauskapasiteettia.
Litiumakussa toinen elektrodeista, eli anodi, kuormataan litiumioneilla lataamisen aikana ja puretaan akkua käytettäessä. Anodimateriaalina käytetään tänä päivänä grafiittia, ja se toimii virassaan hyvin kestäen vakaana jopa tuhansia lataussyklejä.
Mitä tutkijat – ja mitä siihen tulee, myös käyttäjät – kaipaavat on kuitenkin parannus akkujen varauskapasiteettiin, ja Illinoisissa toimivan Argonne National Laboratoryn tutkijatiimin mukaan lyijyssä on paljon potentiaalia ratkaisemaan ongelma.
Hapolla täytetty lyijyakku on vanhin ladattavista akkuratkaisuista ja edelleen käytössä. Lisäksi lyijyn tuotantoketju on jo olemassa samoin kuin kierrätysratkaisut sille, kun akku kohtaa tiensä pään. Tämä yhdessä sen halpuuden ja helpon saatavuuden kanssa sai tiimin kokeilemaan litiumioniakkua varustettuna lyijypohjaisella anodilla. Varhaisen tutkimusvaiheen tulokset ovat lupaavia.
Tiimi aloitti kokeilunsa suurilla lyijyoksidipartikkeleilla, jotka yhdistettiin hiilijauheen kanssa. Sen jälkeen niitä ravistetliin tuntikausia. Tämän seurauksena ne muuttuivat pienemmiksi mikroskooppisiksi partikkeleiksi, jotka olivat upotettuina hiilimatriisiin kapseloituina ohueen lyijyoksidikuoreen.
Uutta anodimateriaalia testattiin laboratoriossa, ja se antoi kaksi kertaa suuremman energian varastointikapasiteetin perinteiseen grafiittianodiin verrattuna yli sadan lataussyklin aikana ja oli täysin stabiili. Tiimi onnistui vielä tehostamaan suorituskykyä lisäämällä fluorietyleenikarbonaattia elektrolyyttiliuokseen.
– Löydöksemme haastaa nykyisen ymmärryksen tämän tyyppisestä elektrodimaterliaalista, totesi Christopher Johnson, tutkimushankkeen päätutkija. – Löytömme myös tarjoaa jännittäviä mahdollisuuksia suunnitella edullinen korkean suorituskyvyn anodimateriaali liikenteen ja myös kiinteiden energiantallennusratkaisujen toteuttamiseksi.
Asiasta kertoi New Atlas.
Sitä tarina ei vielä kerro, onko lyijyanodinen litiumioniakku painavampi kuin nykyiset ratkaisut. Moottoripyörissä akkuratkaisun painolla on kuitenkin suurempi merkitys kuin autoissa, joten kevyempi olisi parempi.
Teksti Erkki Mäki, kuvat Argonne National Laboratory.