Maailma siirtyy nopeasti uusiutuvan energian käyttöön, mutta siihen liittyy haasteita. Aurinkoenergiaa ei ole saatavilla öisin, ja tuulivoiman tuotanto vaihtelee epäsäännöllisesti. Siksi tarvitaan uusia teknologioita, jotka voivat tallentaa sähköverkkoon kertynyttä ylimääräistä energiaa ja käyttää sitä silloin, kun tuotanto ei riitä kattamaan kysyntää.
Ladattavat litiumioniakut ovat keskeisessä asemassa jokapäiväisessä elämässä, sillä ne tarjoavat virtaa älypuhelimista sähköautoihin. Kuitenkin niiden valmistuksessa käytetään rajallisia resursseja, kuten litiumia, nikkeliä ja kobolttia, mikä herättää huolta kestävän kehityksen ja kustannusten kannalta.
Worcester Polytechnic Institute (WPI) -yliopiston kemiantekniikan professori Xiaowei Teng johtaa tutkimusryhmää, joka kehittää uusia akkuteknologioita sähköverkon energiavarastointiin. Ryhmän viimeisimmät tulokset, jotka on julkaistu eurooppalaisessa ChemSusChem-tiedelehdessä, viittaavat siihen, että rauta, kun sitä käsitellään silikaattielektrolyytti -lisäaineella, voi toimia korkean suorituskyvyn omaavana alkalisen akun anodina.
Rauta on maankuoren toiseksi yleisin metalli alumiinin jälkeen, ja se on paljon kestävämpi vaihtoehto kuin nikkeli ja koboltti. Pelkästään Yhdysvalloissa kierrätetään vuosittain yli 40 miljoonaa tonnia rautaa ja terästä romusta.
Xiaowei Teng huomauttaa, että rautaa käytetään jo nykyisin alkalisen akun anodina rauta-nikkeli-alkaliakuissa, jotka Thomas Edison keksi 1900-luvun alussa. Niiden energiatehokkuus ja varastointikapasiteetti ovat kuitenkin heikkoja, koska latauksen aikana muodostuu vetykaasua ja purkauksen aikana inerttiä rautaoksidia.
- Et halua, että vetykaasua muodostuu akun latauksen aikana. Se heikentää huomattavasti akun järjestelmän energiatehokkuutta. Ilman näiden teknisten haasteiden ratkaisemista rauta-alkaliakut eivät ole houkutteleva vaihtoehto modernien energian varastointijärjestelmien kytkemiseksi sähköverkkoihin, Teng sanoo.
Artikkelissaan tiimi raportoi, että silikaatin lisääminen elektrolyyttiin mahdollisti akun lataamisen ilman vedyn muodostumista.
Silikaatti, joka on piin ja hapen yhdiste, on pitkään ollut käytössä edullisena ja yksinkertaisena aineena esimerkiksi lasin, sementin, eristeiden ja pesuaineiden valmistuksessa, kertoo tutkimuksen pääkirjoittaja ja tohtoriopiskelija Sathya Jagadeesan. Tutkimusryhmä havaitsi, että silikaatti reagoi voimakkaasti akun elektrodien kanssa ja estää vetykaasun muodostumisen. Tengin mukaan tämä uusi prosessi voi parantaa rauta-alkaliakkujen redox-kemiaa, kuten rauta-ilma- ja rauta-nikkeliakkuja, energiavarastosovelluksissa, esimerkiksi mikroverkoissa tai yksittäisissä aurinko- ja tuulivoimaloissa.
