Edistyneet biopohjaiset anodit ja korkeajännitteiset LNMO-katodit litiumioniakkuihin

Litiumioniakkuja käytetään laajalti kannettavassa elektroniikassa, sähköajoneuvoissa ja uusiutuvan energian varastoinnissa niiden korkean energiatiheyden ja tehokkuuden ansiosta. Litiumioniakkujen kestävyydessä ja suorituskyvyssä on kuitenkin vielä haasteita, ja akuissa käytetään paljon kriittisiä raaka-aineita. Tämän vuoksi akuissa käytettävien elektrodimateriaalien, anodin ja katodin, kehittäminen edellyttää vielä tutkimusta.

Tässä väitöstutkimuksessa on kehitetty uusia anodi- ja katodimateriaaleja litiumioniakkuihin käyttämällä kestäviä, kriittisistä raaka-aineista vapaita valmistusmenetelmiä ja optimoimalla rakennetta akkujen sähkökemiallisen suorituskyvyn parantamiseksi. Anodiksi valmistettiin kaksi uutta biomassapohjaista hiilimateriaalia. Nämä biohiilirakenteet tarjoavat mekaanista joustavuutta ja hyvää sähkönjohtavuutta, mikä parantaa varauksen kulkua ja rakenteellista vakautta, mahdollistaen paremman kapasiteetin ja syklinkeston. Katodipuolella tutkittiin mangaanirikasta LNMO-korkeajännitemateriaalia, joka ei sisällä kobolttia. Se toimii noin 4,7 voltin jännitteellä ja tarjoaa siten korkeamman energiatiheyden, mutta sen rakenne voi heikentyä akun lataus-purkujaksoissa. Valmistusprosessia ja atomirakennetta optimoimalla saavutettiin merkittäviä parannuksia materiaalin suorituskykyyn ja kestävyyteen.

Yhteenvetona tämä väitöstutkimus osoittaa, kuinka kestävien raaka-aineiden ja atomitason rakenteellisen muokkauksen kautta voidaan tuottaa tehokkaita ja pitkäikäisiä elektrodimateriaaleja litiumioniakkuihin, edistäen siten puhtaampia ja tehokkaampia energian varastoinnin ratkaisuja.