Alumiini on yksi vaihtoehdoista, joita tutkijat ovat selvittäneet akkujen materiaaliksi. Koska alumiiniakkujen elektrolyyttineste on erittäin aggressiivinen ja korrosioi ruostumatonta terästä ja jopa kultaa ja platinaa, tutkijat etsivät korroosionkestäviä materiaaleja näiden akkujen johtaville osille. Nyt tutkijat ovat löytäneet etsimänsä titaaninitridistä, keraamisesta materiaalista, jolla on riittävän suuri johtokyky.
Zürichin teknisen yliopiston ja Empa-tutkimuskeskuksen tutkijat ovat tunnistaneet kaksi uutta materiaalia, jotka voivat saada aikaan merkittäviä edistysaskeleita alumiiniakkujen kehittämisessä. Ensimmäinen on korroosionkestävä materiaali akun johtavia osia varten, toinen on uusi materiaali akun positiiviselle navalle.
Titaaninitridi koostuu erittäin runsaista elementeistä titaania ja typpeä, ja sitä on helppo valmistaa. Tutkijat ovat onnistuneesti valmistaneet alumiinipareja titaaninitridistä valmistetuilla johtavilla osilla laboratoriossa. Materiaali voidaan helposti valmistaa ohuiden kalvojen muotoon ja myös pinnoitteena muihin materiaaleihin, kuten polymeerikalvoihin.
Tutkijat uskovat, että olisi myös mahdollista valmistaa johtimet tavanomaisesta metallista ja päällystää ne titaaninitridillä tai jopa tulostaa titaaninitridiset johteet muoville. - Materiaalia voitaisiin käyttää myös muun tyyppisissä akuissa; esimerkiksi magnesiumin tai natriumin tai korkeajännitteisten litium-ioniakkujen parissa, toteaa tutkimuksia johtanut Maksym Kovalenko.
Tutkijoiden toista uutta materiaalia voidaan käyttää alumiiniparien positiiviselle elektrodille. Koska näiden parien negatiivinen elektrodi on valmistettu alumiinista, positiivinen elektrodi on yleensä tehty grafiitista. Nyt Kovalenko ja hänen tiiminsä ovat löytäneet uuden materiaalin, joka kykenee varastoimaan energiaa grafiitin tavoin.
Kyseessä oleva materiaali on polypyreeni, hiilivety, jossa on ketjun kaltainen (polymeerinen) molekyylirakenne. Kokeissa näytteet materiaalista - erityisesti ne, joissa molekyyliketjut kokoontuvat häiriöttömästi - osoittautuivat ihanteellisiksi. Molekyyliketjujen välillä on paljon tilaa. Tämän ansiosta elektrolyyttinesteen suhteellisen suuret ionit voivat tunkeutua elektrodimateriaalin helposti.
Yksi polypyreeniä sisältävistä elektrodien eduista on se, että tutkijat pystyvät vaikuttamaan niiden ominaisuuksiin, kuten huokoisuuteen. Materiaali voidaan siten sovittaa täydellisesti tiettyyn sovellukseen.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 11.5.2018
