Aalto-yliopistossa on kehitetty uudenlainen menetelmä tehdä aiempaa tehokkaampia mikroakkuja. Käytössä on ALD-atomi- ja MLD-molekyylikerroskasvatustekniikat.
Tulevaisuudessa tarvitaan entistä entistä pienempiä akkuja esimerkiksi puettavaan elektroniikkaan ja erilaisiin IoT-antureihin. Niitä varten pieniä mikroakkuja, joiden valmistusmenetelmää Aalto-yliopiston tutkijat ovat kehittäneet.
Tutkijat ovat kehittäneet sähkökemiallisesti aktiivisia orgaanisia, ohuita litiumelektrodikalvoja, joita käyttäen voidaan tehdä aiempaa tehokkaampia mikroakkuja. Uusi valmistustekniikka syntyi, kun tutkijat valmistivat litiumtereftalaattia, litiumioniakulle äskettäin kehitettyä anodimateriaalia, käyttäen yhdistettyä atomi-/molekyylikerroskasvatustekniikkaa (ALD/MLD).
Mikroakkujen valmistuksessa haaste on saada ne varastoimaan suuria määriä energiaa pieneen tilaan. Yksi keino parantaa energiatiheyttä on valmistaa akut kolmiulotteiseen 3D-mikrorakenteeseen perustuen.
’’Menetelmämme osoittaa, että ALD-tekniikalla voidaan tuottaa orgaanisia elektrodimateriaaleja, kertoo tohtorikoulutettava Mikko Nisula Aalto-yliopistosta.
Kolmiulotteisella tekniikalla voidaan lisätä tehollisen pinta-alan akun sisällä jopa monikymmenkertaiseksi. Materiaalien valmistus tarkoitusta varten on kuitenkin osoittautunut erittäin hankalaksi.
Kerrostetut kalvot ovat kiteisiä koko 200−280 °C:n kerrostamislämpötila-alueella, mikä on erittäin toivottava ominaisuus elektrodimateriaalille, mutta melko epätavallinen orgaanisia ja epäorgaanisia materiaaleja sisältäville ohuille hybridikalvoille.
Litiumtereftalaattikalvojen varausominaisuudet ovat Nisalan mukaan erinomaiset, eikä johtavia lisäaineita tarvita. Elektrodin suorituskykyä voidaan tehostaa entisestään kasvattamalla litiumtereftalaatin päälle ohut suojakerros LiPON-elektrolyyttimateriaalia.
Suojakerroksen avulla litiumtereftalaation stabiilisuutta voidaan parantaa ja näin materiaalin kapasiteetista säilytetään 200 lataus-/purkukerran jälkeen yhä yli 97 prosenttia.
Menetelmää koskeva tutkimus on julkaistu uusimmassa Nano Letters -lehdessä:
Mikko Nisula and Maarit Karppinen: Atomic/Molecular Layer Deposition of Lithium Terephthalate Thin Films as High Rate Capability Li-Ion Battery Anodes. Nano Lett., 2016, 16 (2), pp 1276–1281 (LINKKI)
KUVAT: Mikko Raskinen/Aalto-yliopisto
LISÄÄ AKUISTA: 12.2.2016 Uusi akkujen valmistusmenetelmä, Uusiteknologia.fi (LINKKI)
Päivitetty 12.44