Oregonin yliopiston tutkijat ovat havainneet, että kemiallisella mekanismilla, jota on kuvattu ensimmäisen kerran yli kaksi vuosisataa sitten, on potentiaalia mullistaa energian varastointi suuritehoisille sovelluksille. Protoniakku voi olla vastaus sähköautojen ongelmiin.
Tutkimusryhmä, jota johtaa Xiulei (David) Ji yhdessä Argonne National Laboratoryn, Kalifornian Riversiden yliopiston, ja Oak Ridgen kansallisen laboratorion kumppaneiden kanssa osoitti, ettei diffuusio välttämättä ole tarpeen kuljettamaan ionisia varauksia akkuelektrodin hydratoituun rakenteeseen.
- Tämä löytö saattaa siirtää koko suuritehoisen sähkökemiallisen energian varastoinnin paradigman uusiin elektrodien suunnitteluperiaatteisiin, sanoo tutkijatohtori Xianyong Wu.
Nykyään akkutekniikan suurin osa huomio liittyy metalli-ioneihin. Yhteistyöryhmä tutki kuitenkin yhtä vedyn protonia. He tutkivat myös vuoden 1806 kemisti Theodor von Grotthussin teoriaa varaussiirrosta elektrolyyteissä.
Grotthuss-mekanismissa sähköinen varaus siirtyy, kun vetyatomi silloittaa kaksi vesimolekyyliä ja vaihtaa yhdestä molekyylistä toiseen. Tämä laukaisee samanlaisten siirtymien ketjun koko hilan vetysidosten verkossa.
Nämä korreloidut paikalliset siirtymät johtavat protonien kaukokuljetukseen, joka on hyvin erilainen kuin metalli-ionien johtuminen nestemäisissä elektrolyyteissä, joissa ionit siirtyvät pitkiä etäisyyksiä yksittäin. Tavallaan protoni siirtyy vesimolekyylien ketjun toisesta päästä toiseen päähän ilman massansiirtoa vesiketjun sisällä.
Kyseessä olisi tehokas varauksen siirto protonien avulla, joiden ei tarvitse ionien tapaan vääntäytyä kiderakenteen kapeiden aukkojen läpi.
Tutkimuksen perustella runsaat hilavesimolekyylit vetysidosten verkostossa helpottavat Grotthuss-protonijohtavuutta redoksireaktioiden aikana. Käyttäen sitä kuin akun elektrodina tutkijat havaitsivat suuren nopeuden käyttäytymistä 4 000 C (380 A g−1, 508 mA cm-2) ja pitkää syklistä elinikää (0,73 miljoonaa jaksoa).
Perinteinen akun sähkökemia vaatii ionidiffuusion elektrodien sisällä. Protoniakku olisi diffuusiovapaa, mikä on erittäin lupaava tapa energian sähkökemialliseen varastointiin suuritehoisissa sovelluksissa.
Tutkijat ovat innoissaan havainnoistaan. David Ji kuitenkin varoittaa, että on vielä tehtävää, jotta saavutettaisiin ultranopea lataus ja purku akuissa, jotka ovat käytännöllisiä kulkuneuvojen tai verkkojen energian varastointiin.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 8.2.2019
Saksalaislähtöinen Ubitium on kehittänyt innovatiivisen prosessoriarkkitehtuurin, joka yhdistää eri suorittimien (CPU, GPU, DSP, FPGA) toiminnot yhteen siruun. Yrityksen mukaan tämä uusi RISC-V-arkkitehtuuriin perustuva ratkaisu mullistaa yli 50 vuotta vanhan suorittimien suunnittelun.
Moni uusi sähköauton omistaja kokee toimintasädeahdistusta. Tätä ongelmaa autonvalmistajat voivat helpottaa siirtymällä piipohjaista IGBT-piireissä piikarbidiopohjaisiin siruihin. auton vetoinvertterissä.
