Kiinteät epäorgaaniset elektrolyytit litiumioniakuissa

Abstract

Uusiutuvan energian yleistyminen on herättänyt suuremman tarpeen energian varastoinnille. Perinteiset litiumioniakut eivät sovellu tähän käyttötarkoitukseen parhaiten, ja tämän takia on alettu kehittämään solid-state-akkuteknologiaa. Täysin kiinteät akut tarjoavat mahdollisesti suuremman energiatiheyden kokoonsa nähden, jonka takia ne soveltuvat energian varastointiin. Solid-state-akuissa kiinnostusta herättää myös niiden parempi turvallisuus, joka johtuu pääosin niissä käytettävän kiinteän elektrolyytin ominaisuuksista. Kuitenkin kiinteillä elektrolyyteillä on monia haasteita, joiden ratkaiseminen on avainasemassa solid-state-akkujen kaupallistamiseen.

Tässä tutkielmassa perehdytään oksidi- ja sulfidipohjaisiin kiinteisiin elektrolyyttimateriaaleihin ja niiden ominaisuuksiin. Alussa käydään lyhyesti läpi solid-state-akkuteknologiaa, ja kuinka kiinteät epäorgaaniset elektrolyytit liittyvät siihen. Joidenkin elektrolyyttimateriaalien kohdalla vertaillaan eri tavoin valmistettujen elektrolyyttien ionijohtavuutta sekä katsotaan, kuinka materiaalin muokkaaminen vaikuttaa ionijohtavuuteen. Tutkielmassa tarkastellaan myös kiinteiden elektrolyyttien etuja ja haasteita, ja sitä, kuinka näitä haasteita on lähdetty ratkaisemaan.

Monet kiinteiden elektrolyyttien haasteet, kuten alhaiset ionijohtavuudet ja epästabiilisuus, liittyvät kiinteä-kiinteä-rajapinnan luonteeseen. Tutkimuksissa ongelman ratkaisuksi on esitetty esimerkiksi muiden alkuaineiden lisäämistä elektrolyyttimateriaalin sekaan. Tällä on saatu elektrolyyttimateriaalien kannalta lupaavia tuloksia, ja sitä pidetään yhtenä lupaavimmista tavoista parantaa kiinteiden elektrolyyttimateriaalien ionijohtavuutta ja stabiilisuutta.