Uuden sukupolven litium-rikkiakut ja niiden katodikemia
Jokitalo, Ellen (2025-05-20)
E. Jokitalo
20.05.2025
© 2025 Ellen Jokitalo. Ellei toisin mainita, uudelleenkäyttö on sallittu Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0) -lisenssillä (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Uudelleenkäyttö on sallittua edellyttäen, että lähde mainitaan asianmukaisesti ja mahdolliset muutokset merkitään. Sellaisten osien käyttö tai jäljentäminen, jotka eivät ole tekijän tai tekijöiden omaisuutta, saattaa edellyttää lupaa suoraan asianomaisilta oikeudenhaltijoilta.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:oulu-202505203685
https://urn.fi/URN:NBN:fi:oulu-202505203685
Tiivistelmä
Litium-rikkiakut ovat lupaava uuden sukupolven akkuteknologia, joka herättää kiinnostusta korkean teoreettisen energiatiheyden sekä edullisten ja ympäristöystävällisten rikkipohjaisten katodimateriaalien ansiosta. Rikki on runsaasti saatavilla oleva, kevyt ja myrkytön materiaali, mikä tekee siitä houkuttelevan vaihtoehdon esimerkiksi nikkelin ja koboltin tilalle, joita käytetään nykyisissä litiumioniakuissa. Litium-rikkiakkujen kyky varastoida enemmän energiaa ja tuottaa pitkäkestoisesti virtaa tekee niistä erityisen soveltuvia uusiutuvan energian varastointiin, sähköajoneuvoihin ja kannettaviin laitteisiin. Näissä käyttökohteissa akun pitkä käyttöikä, keveys ja korkea energiatiheys ovat keskeisiä ominaisuuksia. Kestävän kehityksen merkityksen kasvaessa litium-rikkiakut tarjoavat potentiaalisen ja ympäristöystävällisemmän vaihtoehdon perinteisille litiumioniakuille.
Tässä tutkielmassa tarkastellaan litium-rikkiakkujen toimintaperiaatetta, ominaisuuksia sekä erityisesti niiden katodikemiaa. Litium-rikkiakun toiminta perustuu sähkökemialliseen kennoon, joka muuntaa kemiallista energiaa sähköenergiaksi hapetus-pelkistysreaktioiden avulla. Litium-rikkiakut koostuvat rikkipohjaisesta katodista, litiumanodista, sekä elektrolyytistä. Rikkipohjaisia katodeja ovat esimerkiksi rikki-hiili-komposiittikatodit ja sulfidikatodit, joiden avulla pyritään parantamaan rikin sähkönjohtavuutta ja vähentämään sen liukoisuutta elektrolyytissä.
Litium-rikkiakut kohtaavat kuitenkin vielä haasteita, kuten polysulfidien sukkulailmiön, akun itsepurkautumisen latauksen aikana sekä rikkikatodin tilavuuden laajenemisen lataus-purkaussyklien aikana. Nämä ongelmat heikentävät akun suorituskykyä ja lyhentävät sen käyttöikää. Katodi- ja anodimateriaalien kehitys tähtää energiatiheyden, hyötysuhteen, käyttöiän ja turvallisuuden parantamiseen. Meneillään olevat tutkimus- ja kehityshankkeet ovat näillä osa-alueilla olennaisia, jotta litium-rikkiakkujen koko potentiaali saadaan hyödynnettyä kaupallisesti ja kestävällä tavalla.
Tässä tutkielmassa tarkastellaan litium-rikkiakkujen toimintaperiaatetta, ominaisuuksia sekä erityisesti niiden katodikemiaa. Litium-rikkiakun toiminta perustuu sähkökemialliseen kennoon, joka muuntaa kemiallista energiaa sähköenergiaksi hapetus-pelkistysreaktioiden avulla. Litium-rikkiakut koostuvat rikkipohjaisesta katodista, litiumanodista, sekä elektrolyytistä. Rikkipohjaisia katodeja ovat esimerkiksi rikki-hiili-komposiittikatodit ja sulfidikatodit, joiden avulla pyritään parantamaan rikin sähkönjohtavuutta ja vähentämään sen liukoisuutta elektrolyytissä.
Litium-rikkiakut kohtaavat kuitenkin vielä haasteita, kuten polysulfidien sukkulailmiön, akun itsepurkautumisen latauksen aikana sekä rikkikatodin tilavuuden laajenemisen lataus-purkaussyklien aikana. Nämä ongelmat heikentävät akun suorituskykyä ja lyhentävät sen käyttöikää. Katodi- ja anodimateriaalien kehitys tähtää energiatiheyden, hyötysuhteen, käyttöiän ja turvallisuuden parantamiseen. Meneillään olevat tutkimus- ja kehityshankkeet ovat näillä osa-alueilla olennaisia, jotta litium-rikkiakkujen koko potentiaali saadaan hyödynnettyä kaupallisesti ja kestävällä tavalla.
Kokoelmat
- Avoin saatavuus [38320]
Ellei muuten mainita, aineiston lisenssi on https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/