Search

Tiivistelmä. Litium-rikki-akut ovat potentiaalinen korvaaja nykyisin käytössä oleville litium-ioni-akuille. Litium-rikki-akut tarjoavat äärimmäisen korkean teoreettisen kapasiteetin ja hyödynnettävissä olevan energiatiheyden ja voivat siten mahdollistaa esimerkiksi verkkotason energian varastoin-nin ja yli 500 km ajoetäisyyden sähköautoille. Rikki on myös halvempi ja ympäristöystävällisempi raaka-aine verrattuna moniin litium-ioni-akuissa käytettyihin raaka-aineisiin. Vaikka litium-rikki-akut tarjoavat erinomaista potentiaalia akkujen kehityksen kannalta, niissä on huomattavasti haasteita jäljellä. Merkittävimmät haasteet liittyvät rikin heikkoon sähkökemialliseen suorituskykyyn, polysulfidien sukkulailmiöön (engl. shuttle effect) ja rikin tilavuuden muutokseen sähkökemiallisen reaktion aikana. Näiden rikin tuomien haasteiden ratkaiseminen on ollut viime vuosikymmenenä keskeisin litium-rikki-akkujen kehityksen kohde. Tutkielmassa käydään läpi litium-rikki-akkujen rakenne ja toimintaperiaate sekä perehdytään erilaisiin rikkikatodiratkaisuihin, joita on kehitetty vastaamaan rikin sähkökemiasta aiheutuviin haasteisiin. Yleisimmät valmistetut katodit ovat rikki-komposiittikatodeja, joissa on johtokykyisenä substraattina useasti joko hiili- tai polymeeripohjainen materiaali. Komposiittikatodit tarjoavat runsaasti erilaisia rakennevaihtoehtoja ja ominaisuuksia. Tutkielmassa käydään läpi myös alkuaine rikin vaihtoehtona toimivaa litiumsulfidikatodia ja sen haasteita sekä erilaisia sulfidikatodirakenteita. Katodimateriaalit vaativat monesti myös erilaisia muokkausmenetelmiä niiden toiminnan parantamiseksi. Näistä pinnoittaminen, rikkilataus ja kemiallinen muokkaaminen erilaisten heteroatomien ja metalliyhdisteiden avulla ovat merkittävimpiä. Tässä työssä tarkastellaan erilaisten pinnoitusmenetelmien ja materiaalien vaikutusta, rikin määrän säätelyyn katodilla vaikuttavia tekijöitä ja kemiallisen muokkaamisen vaikutusta ja mekanismeja.