Lämpeneviä ja palamattomia akkuja

Autojen akkujen pakkaskestävyys on paukkupakkasten puheenaihe. Ongelmaa helpottamaan tarjotaan monenlaisia apulämmittimiä ja ylläpitolatureita.

Mutta tulevia talvea ajatellen Penn State yliopiston sekä yhdysvaltalainen EC Power -yhtiön ja State Collegen tutkijat ovat kehittäneet sisäisesti lämmitettävän litiumioni-akun.

Erityisesti tutkijoiden mielessä on ollut sähköautojen käyttäjien huoli ajomatkan riittävyydestä säiden kylmetessä. Kylmillä säillä sähköauton ajomatkat saattaa lyhetyä jopa 40 prosenttia akun heikentyneestä suorituskyvystä johtuen. Tosin kylmä ilmakin lämmintä ilmaa raskaampana vaatii suurempaa energiakäyttöä ajettuja kilometrejä kohden.

Tutkijat tukeutuivat EC Powerin aiempiin patentteihin kehittäessään kylmiin ilmastoihin sopivaa akkua, joka painaa vain 1,5 prosenttia enemmän ja kustannuksia tulee vain 0,04 prosenttia enemmän kuin perusakussa.

Akku on suunniteltu siirtyvän -20:sta - 0 Celsius-asteen lämpöiseksi 20 sekunnissa ja –30:stä - 0 asteiseksi 30 sekunnissa ja kuluttavan tällöin vain 3,8 ja 5,5 prosenttia kennon kapasiteetista. Tämä on paljon vähemmän kuin 40 prosentin hävikki.

Akun sisäisenä vastuslämmittimenä käytetään 50-mikrometrin paksuista nikkelikalvoa, jonka toinen pää on kiinnitetty negatiiviseen napaan ja toinen tuotu kennon ulkopuolelle termostaattiin liitettäväksi.

Stanfordin tutkijat ovat puolestaan kehitelleet litiumioni-akkua, joka kytkeytyy päälle ja pois päältä akun lämpötilasta riippuen. Tämän ratkaisun tarkoitus on estää litiumakkuihin liittyvät akkupalot.

Tulipalojen estämistä on yritetty ennenkin mutta nyt on kehitetty ensimmäinen litium-ioni-akku, joka sammuu, ennen ylikuumenemista ja jatkaa toimintaansa uudelleen, kun lämpötila laskee. Aiemmat palosuojaratkaisut ovat yleensä tehneet akusta suojatoiminnan jälkeen toimintakyvyttömän.

Ongelman ratkaisemiseksi tutkijat kääntyivät nanoteknologian puoleen. Akun suojapiiiri on valmistettu muovista, johon on upotettu grafeenilla pinnoitettuja nikkelihiukkasia.

Kun akku kuumenee esimerkiksi 70 Celsius-asteeseen, hiukkaset erkanevat toisistaan ja virrankulku lakkaa. Jäähtyessään hiukkaset yhdistyvät ja virta alkaa jälleen kulkea.