Kun autot, lentokoneet, laivat tai tietokoneet rakennetaan materiaalista, joka toimii sekä akkuna että tukirakenteena, paino ja energiankulutus vähenevät radikaalisti. Göteborgilaisen Chalmersin yliopiston tutkimusryhmä on nyt esitellyt rakenteellisen akun, joka voisi puolittaa kannettavien tietokoneiden painon, tehdä matkapuhelimista yhtä ohuet kuin luottokortti tai pidentää sähköautojen kantamaa jopa 70 prosenttia.
- Olemme onnistuneet luomaan hiilikuitukomposiittiakun, joka on yhtä jäykkä kuin alumiini ja riittävän energiatiheä kaupalliseen käyttöön. Aivan kuten ihmisen luurangolla, akulla on useita toimintoja samanaikaisesti, sanoo Chalmersin tutkija Richa Chaudhary. Hänen johdollaan tehty tutkimus julkaistiin Advanced Materials -lehdessä.
Rakenteellisten akkujen tutkimusta on tehty Chalmersissa useiden vuosien ajan, ja tietyissä vaiheissa myös yhdessä Tukholman KTH:n tutkijoiden kanssa. Professori Leif Asp ja kollegat julkaisivat vuonna 2018 ensimmäiset tulokset siitä, kuinka hyvin jäykät ja vahvat hiilikuidut varastoivat sähköenergiaa kemiallisesti. Tuolloin uutinen, että hiilikuitu voi toimia elektrodeina litiumioniakuissa, levisi laajasti, ja arvostettu Physics World luokitteli löydöksen yhdeksi vuoden kymmenestä suurimmasta läpimurtosta.
Siitä lähtien tutkimusryhmä on kehittänyt edelleen konseptiaan lisätäkseen sekä jäykkyyttä että energiatiheyttä. Edellinen virstanpylväs saavutettiin vuonna 2021, jolloin akun energiatiheys oli 24 wattituntia kilogrammassa (Wh/kg). Tämä on noin viideosa vastaavan litiumioniakun kapasiteetista. Nyt ollaan energiatiheydessä 30 Wh/kg. Vaikka hiilikuituakku on edelleen kaukana litiumakkujen lukemista, tilanne on hyvin erilainen. Kun akku on osa rakennetta ja se voidaan valmistaa myös kevyestä materiaalista, paino pienenee huomattavasti. Silloin esimerkiksi sähköautolla ajamiseen ei tarvita läheskään yhtä paljon energiaa.
- Olemme tehneet sähköautoista laskelmia, joiden mukaan niillä voitaisiin ajaa jopa 70 prosenttia pidempään kuin nykyään, jos niissä hiilikuitukomposiittiin pohjaavat rakenneakut, sanoo tutkimusjohtaja Leif Asp, joka on Chalmersin teollisuus- ja materiaalitieteen laitoksen professori.
Ajoneuvojen osalta asetetaan tietysti korkeat vaatimukset, että rakenne on riittävän jäykkä täyttääkseen turvallisuusvaatimukset. Siellä tutkimusryhmän rakenteellinen akkukenno on lisännyt gigapascaleina (GPa) mitattuna jäykkyyttään 25:stä 70:een. Tämä tarkoittaa, että materiaali kestää kuormia yhtä hyvin kuin alumiini, mutta painaa huomattavasti vähemmän.
Vielä on kuitenkin vielä paljon suunnittelutyötä, ennen kuin akkukennot ottavat askeleen pienestä laboratoriotuotannosta teknologialaitteiden tai ajoneuvojemme suurtuotantoon.
