Liikenteen sähköistyminen on tehnyt akkututkimuksesta yhden kuumimmista aloista. Tutkimuksessa panostetaan esimerkiksi litiumin korvaamiseen ja yksi mahdollinen korvaaja on natrium. Siis käytännössä suola.
Natrium on monella tapaa lupaava ehdokas uudelle akkuteknologialle. Se on edullista ja sitä on valtavat resurssit, mutta natrium-ioni-akkujen rajoitettu suorituskyky on estänyt niiden laajamittaisen käytännön hyödyntämisen.
Nyt USA:n energiaministeriön Pacific Northwest National Laboratoryn tutkimusryhmä on kehittänyt natrium-ioniakun, jolla on huomattavasti pidempi käyttöikä laboratoriotesteissä. Innovaatio perustuu muutoksiin ainesosissa, jotka muodostavat akun nestemäisen ytimen eli elektrolyytin. Nature Energy -lehdessä kuvatut havainnot tarjoavat lupaavan reseptin akulle, joka voi jonakin päivänä toimia sähköajoneuvoissa ja varastoida energiaa auringosta.
Akuissa elektrolyytin tehtävä on kuljettaa energiaa. Elektrolyytti muodostuu liuottamalla suoloja liuottimiin, mikä johtaa varautuneisiin ioneihin, jotka virtaavat positiivisen ja negatiivisen elektrodin välillä. Ajan myötä sähkökemialliset reaktiot, jotka pitävät energian virtaamassa, hidastuvat, eikä akku voi enää latautua. Nykyisissä natrium-ioniakuissa tämä tapahtuu paljon nopeammin kuin vastaavissa litiumioniakuissa.
PNNL:n tutkimusryhmä, jota johtivat tutkijat Yan Jin ja Phung Le, ratkaisivat ongelman vaihtamalla nestemäisen liuoksen ja sen läpi virtaavan suolan tyypin luokseen täysin uuden elektrolyyttireseptin. Laboratoriokokeissa uusi malli osoittautui kestäväksi, sillä se piti 90 prosenttia varauskapasiteetistaan 300 latausjakson jälkeen (4,2 V). Tulos on parempi kuin yhdessäkään aiemmassa natrium-ioniakussa.
Nykyinen natrium-ioni-akkujen elektrolyyttiresepti johtaa siihen, että negatiivisen pään (anodin) suojakalvo liukenee ajan myötä. Tämä kalvo on kriittinen, koska se päästää natriumionit kulkemaan läpi ja säästää akun käyttöikää. PNNL:n suunnittelema tekniikka stabiloi tämän suojakalvon. Uusi elektrolyytti muodostaa myös erittäin ohuen suojakerroksen positiiviseen napaan (katodiin), mikä lisää koko yksikön vakautta.
PNNL:n kehittämä elektrolyytti kestää hyvin lämpötilan muutoksia ja voi toimia korkeilla jännitteillä. Yksi avain tähän ominaisuuteen on erittäin ohut suojakerros, joka muodostuu anodin päälle. Tämä erittäin ohut kerros pysyy vakaana muodostumisensa jälkeen.
Toistaiseksi natrium-ioniteknologia on edelleen energiatiheyden suhteen jäljessä litiumia. Mutta sillä on omat etunsa: se on vakaa, immuuni lämpötilamuutoksille ja sen käyttöikä on pitkä. Nämä ovat arvokkaita esimerkiksi sähköajoneuvoissa ja jopa verkkoenergian varastoinnissa tulevaisuudessa.
Kuva: PNNL
