Zhengzhoun yliopiston tiimi tutkii innovatiivisia itsekorjautumistekniikoita, joiden tarkoituksena on voittaa perinteiset akkujen rajoitukset ja parantaa suorituskykyä.
Koska korkean suorituskyvyn ja pitkäkestoisten akkujen kysyntä kasvaa jatkuvasti, erityisesti kannettavan elektroniikan ja puettavan teknologian yleistymisen myötä, Zhengzhoun yliopiston tutkijat ovat tehneet merkittäviä edistysaskeleita perinteisten akkurakenteiden rajoitusten ratkaisemisessa.
Perinteiset akut, vaikka niitä onkin paljon, ovat tunnetusti alttiita mekaaniselle rasitukselle, mikä usein johtaa halkeamiin, murtumiin ja suorituskyvyn heikkenemiseen.
Äärimmäisissä olosuhteissa nämä ongelmat voivat johtaa vakaviin turvallisuusriskeihin, kuten myrkyllisten aineiden vuotoihin tai oikosulkuun. Nämä haasteet tunnistaen tiedemiehet ovat alkaneet tutkia innovatiivista itsekorjautuvien materiaalien alaa, joka tarjoaa lupaavan ratkaisun akkuteknologioiden pitkäaikaisen luotettavuuden ja turvallisuuden parantamiseksi.
Tämän vuoden maaliskuussa tutkijat julkaisivat Energy Materials and Devices -lehdessä perusteellisen katsauksen, jossa kerrottiin itsekorjautuvan akkuteknologian edistysaskeleista.
Katsauksessa tarkastellaan systemaattisesti itsekorjautuvien materiaalien onnistunutta sisällyttämistä olennaisiin akun komponentteihin, kuten elektrodeihin, elektrolyytteihin ja kapselointikerroksiin. Korostettujen löydösten joukossa olivat uudet strategiat, jotka keskittyvät suorituskyvyn ja kestävyyden optimointiin, mikä luo vankan pohjan tuleville läpimurroille energian varastointijärjestelmissä.
Katsauksessa käsitellään useita uraauurtavia kehitysaskeleita. Elektrodien osalta tutkimusryhmä on suunnitellut piianodeja ja nestemäisiä metalleja, jotka pystyvät korjaamaan automaattisesti mekaanisen rasituksen tai lataussyklien aikana laajenevan tilavuuden aiheuttamia halkeamia. Tämä itsekorjauskyky ei ainoastaan auta ylläpitämään sähkökemiallista suorituskykyä, vaan myös pidentää merkittävästi akkujen käyttöikää.
Elektrolyyttejä tutkivat tutkijat ovat luoneet innovatiivisia itsekorjautuvia materiaaleja, jotka vaihtelevat geelipohjaisista polymeereistä kiinteän olomuodon rakenteisiin ja jotka on suunniteltu palauttamaan ionijohtavuus ja estämään oikosulkuja.
Esimerkiksi itsekorjautuvat geelielektrolyytit käyttävät dynaamisia vetysidoksia, joiden avulla ne voivat muuttaa rakennettaan muutamassa minuutissa, kun taas kiinteät elektrolyytit hyödyntävät palautuvia kovalenttisia sidoksia parantaakseen mekaanista lujuuttaan ja vakauttaan.
Kapselointimateriaaleja on myös kehitetty suojaamaan akun sisäisiä rakenteita ympäristövaurioilta, mikä parantaa entisestään akun kestävyyttä. Merkittävä edistysaskel on ollut dynaamisten kovalenttisten sidosten – kuten disulfidi- ja boronaattiesterisidosten – käyttö, jotka voivat muodostaa rikkoutuneita yhteyksiä uudelleen miedoissa olosuhteissa.
Lisäksi ei-kovalenttiset vuorovaikutukset, kuten vetysidokset ja sähköstaattiset voimat, helpottavat nopeaa itsekorjausta. Erityisesti nestemäisillä metalleilla varustetut elektrodit parantavat lähes välittömästi, mikä tekee niistä erityisen sopivia joustaviin ja puettaviin sovelluksiin.
Projektin johtava tutkija, tohtori Li Song, ilmaisi havaintojensa merkityksen todeten: ”Itseään korjaavat akut edustavat paradigman muutosta energian varastointiteknologiassa. Sisällyttämällä materiaaleja, jotka voivat korjata vaurioita automaattisesti, ratkaisemme akkujen kestävyyden ja turvallisuuden kriittisimpiä haasteita. Tällä teknologialla on potentiaalia mullistaa paitsi kulutuselektroniikan myös sähköajoneuvot ja uusiutuvan energian varastointijärjestelmät.”
Tutkimuksessa havaitut edistysaskeleet eivät ainoastaan esittele itsekorjautuvien materiaalien innovatiivisia ominaisuuksia, vaan myös korostavat niiden mahdollisia vaikutuksia energian varastointiratkaisujen tulevaisuuteen. Tämä tutkimus voi tasoittaa tietä kestävämmille, turvallisemmille ja luotettavammille akkujärjestelmille, jotka ovat valmiita vastaamaan modernin teknologian kasvaviin vaatimuksiin.
