Ruotsalaisen Chalmersin teknillisen yliopiston ja Slovenian kansallisen kemian instituutin tutkijat ovat kehittäneet uuden alumiiniakun konseptin. Alumiiniakkutekniikan käyttäminen voisi tarjota useita etuja: sillä on korkea teoreettinen energiatiheys ja sen valmistukseen ja kierrätykseen on jo olemassa vakiintunut teollisuus.
- Uudesta konseptistamme odotettavat materiaalikustannukset ja ympäristövaikutukset ovat paljon alhaisemmat kuin mitä näemme tämän hetken akuissa. Siksi ne ovat toteutettavissa laajamittaisesti esimerkiksi aurinkokennopuistoissa tai esimerkiksi tuulienergian varastoinnissa, toteaa professori Patrik Johansson.
Alumiiniakkujen aikaisemmissa versioissa on käytetty alumiinia anodina ja grafiittia katodina. Grafiitin energiasisältö on kuitenkin liian alhainen, jotta sen pohjalta voitaisiin kehittää tarpeeksi suorituskykyisiä ja hyödyllisiä akkukennoja.
Uudessa konseptissa grafiitti on korvattu orgaanisella nanorakenteisella katodilla, joka on valmistettu hiilipohjaisen antrakinonin molekyyleistä. Sen etuna katodimateriaalina on, että se mahdollistaa positiivisten varauksenkantajien varastoinnin elektrolyytistä.
Nykyinen elektrolyytti sisältää klooria ja tutkijat haluavat jatkotutkimuksissa päästä siitä eroon. Toistaiseksi nämä alumiiniakut omaavat vain puolet litium-ioniakkujen energiatiheydestä, mutta pitkän aikavälin tavoitteena tutkijoilla on saavuttaa sama energiatiheys.
Myös litium-hiilidioksidi -kennoparit ovat houkuttelevia energian varastointijärjestelmiä, koska niiden ominaisenergiatiheys on yli seitsemän kertaa suurempi kuin litiumioniakkujen. Aiemmin täysin ladattavaa versiota siitä ei kuitenkaan ole saatu toimimaan.
Chicagon yliopiston tutkijat ovat nyt ensimmäisinä osoittaneet, että litium-hiilidioksidiakut voidaan suunnitella toimimaan täysin ladattavalla tavalla. He ovat onnistuneesti testanneet litium-hiilidioksidiakkujen prototyyppiä, joka toimi jopa 500 lataus-purkaus -jakson ajan.
Perinteinen litium-hiilidioksidi -pari tuottaa tyhjentyessään litiumkarbonaattia ja hiiltä. Litiumkarbonaatti kiertää varausvaiheen aikana, mutta hiili vain kerääntyy katalysaattoriin, mikä lopulta johtaa akun vajaatoimintaan.
Tutkijat ottivat katodikatalysaattoriin molybdeenidisulfidin yhdistettynä hybridielektrolyyttiin auttamaan hiilen sisällyttämistä sykliprosessiin. Materiaalien yhdistelmä tuottaa yhden monikomponenttisen tuotteiden yhdistelmän erillisten tuotteiden sijasta, mikä tekee kierrätyksestä tehokkaamman.
- Ainutlaatuinen materiaaliyhdistelmämme auttaa toteuttamaan ensimmäisen hiilineutraalin litiumhiilidioksidiakun, jolla on parempi tehokkuus ja pitkä käyttöjaksojen ikä, kommentoi professori Amin Salehi-Khojin saavutusta.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 4.10.2019
