Fræðsluhornið 23. október 2019

Segjast hafa leyst gátuna við að búa til „liþíum-koltvísýringsrafhlöður”

Hörður Kristjánsson
Vísindamönnum við Illinois-háskóla í Chicago (UIC) virðist hafa tekist að búa til endurhlaðan­lega liþíum-koltvísýrings rafhlöðu (lithium-CO2) sem eru með yfir sjö sinnum meiri orkuþéttni en liþíum-jóna-rafhlöður (lithium-ion batteries). 
 
Nú segjast vísindamenn  hafa fengið liþíum-koltvísýringsrafhlöður til að virka fullkomlega eftir endur­hleðslu.  Telja þeir sig hafa staðfest í tilraunum að slíkar rafhlöður hafi langan líftíma og hægt sé að endurhlaða þær með 500 milliamperstunda (mAh g−1) hleðslu oftar en 500 sinnum. Það þýðir um 10 ára endingu miðað við hleðslu einu sinni í viku og er sagt mun meiri ending en hægt sé að ná með liþíum-ion rafhlöðum sem nú eru m.a. notaðar í bíla. 
 
Hefur grein um þetta m.a. verið birt í tímaritinu Advanced Materials og á heimasíðu Illinois-háskóla. Fræðilegir útreikningar vegna verkefnisins voru gerðir af teymi doktors Larry Curtis hjá Argonne National-rannsóknar­stofunni. Þá var verkefnið styrkt af orkumála­ráðuneyti Bandaríkjanna, skrifstofu orkunýtni og nýsköpunar í orkumálum og Vísindasjóði Bandaríkjanna (National Science Foundation)
Amin Salehi-Khojin, dósent við vél- og iðnverkfræðideild skólans, segir að liþíum-koltvísýrings­rafhlöður hafi verið taldar vænlegur orkugeymslukostur um langa hríð vegna þess að þau hafa orkuþéttleika sem er meira en sjö sinnum meiri en algengt er í lithium-ion rafhlöðum. Fram til þessa hafi vísinda­mönnum hins vegar ekki tekist að þróa koltvísýringsrafhlöður sem virki almennilega og séu endurhlaðanlegar. 
 
Þekkt sé að þegar liþíum-koltvísýrings­rafhlaða er notuð valdi efnahvörf umbreytingu í litíumkarbónat og kolefni.  Litíum­karbónatið endurvinnst meðan á hleðslu stendur, en kolefnið safnast bara upp, sem að lokum leiðir til þess að rafhlaðan hættir að virka. 
 
 
Salehi-Khojin og samstarfsmenn hans notuðu nýtt efni í tilraunir með koldíoxíð-rafhlöðuna til að bæta endur­vinnslu bæði litíum­karbónats og kolefnis við endurhleðslu. Til þess notuðu þeir, ef rétt er skilið, „MoS2  nanoflögur í bakskaut samhliða jónískum vökva úr dímetýl­súlfoxíð raflausn“, hvað sem það annars þýðir á mannamáli.
 
„Okkar einstaka samsetning hjálpar til við að gera fyrstu kolefnis­hlutlausa liþíum-koltví­s­ýrings­rafhlöðuna með miklu meiri skilvirkni og lengri líftíma, en hægt er að ná í sambærilegum rafhlöðum.  Það gerir það kleift að nota þessa tækni í háþróuð orkugeymslukerfi,“ sagði Salehi-Khojin.