Entistä pienemmät laitteet tarvitsevat entistä pienempiä akkuja. Aalto-yliopiston tutkijat ovat kehittäneet sähkökemiallisesti aktiivisia orgaanisia, ohuita litiumelektrodikalvoja, joita käyttäen voidaan tehdä aiempaa tehokkaampia mikroakkuja.
Tämä onnistui, kun tutkijat valmistivat litiumtereftalaattia, litiumioniakulle äskettäin kehitettyä anodimateriaalia, käyttäen yhdistettyä atomi- tai molekyylikerroskasvatustekniikkaa (ALD/MLD).
Tohtorikoulutettava Mikko Nisula Aalto-yliopistosta kertoo, että mikroakkujen valmistuksessa haaste on saada ne varastoimaan suuria määriä energiaa pieneen tilaan.
Yksi keino parantaa energiatiheyttä on valmistaa akut kolmiulotteiseen 3D-mikrorakenteeseen perustuen. Se voi lisätä tehollisen pinta-alan akun sisällä jopa monikymmenkertaiseksi. Materiaalien valmistus tarkoitusta varten on kuitenkin osoittautunut erittäin hankalaksi.
– ALD on loistava menetelmä valmistaa 3D-mikrorakenteeseen sopivia akkumateriaaleja. Menetelmämme osoittaa, että ALD-tekniikalla voidaan tuottaa orgaanisia elektrodimateriaaleja, mikä lisää mahdollisuuksia valmistaa tehokkaita mikroakkuja, sanoo Nisula.
Tutkijoiden kehittämä litiumtereftalaatin kasvatusprosessi noudattaa hyvin ALD-tyyppisen kasvun perusperiaatteita, mukaan lukien itsekyllästyvät pintareaktiot, jotka ovat välttämättömyys pyrittäessä valmistamaan kolmiulotteisella arkkitehtuurilla varustettuja mikrolitiumlaitteita.
Litiumtereftalaattikalvojen varausominaisuudet ovat erinomaiset, eikä johtavia lisäaineita tarvita. Elektrodin suorituskykyä voidaan tehostaa entisestään kasvattamalla litiumtereftalaatin päälle ohut suojakerros LiPON-elektrolyyttimateriaalia.
– Sen avulla litiumtereftalaation stabiilisuutta voidaan parantaa ja näin materiaalin kapasiteetista säilytetään 200 lataus-/purkukerran jälkeen yhä yli 97 prosenttia, tutkijat sanovat.
Menetelmää koskeva tutkimus on julkaistu Nano Letters -lehdessä.