Yhä vihreämpiä virtausakkuja

TU Grazin testit kolmen kilowattitunnin prototyypillä ja vanilliinipohjaisilla elektrolyytteillä todistivat uuden prosessin tehokkuuden. © Lunghammer - TU Graz

(21.10.2020) Syys-lokakuun vaihteessa Grazin teknisen yliopiston tutkijat kertoivat löytäneensä tavan muuttaa aromaattinen aine vanilliini redoksiaktiiviseksi virtausakkujen elektrolyyttimateriaaliksi.

Virtausakkuja suunnitellaan esimerkiksi vaihtelevan aurinko- ja tuulienergian varastoimiseen jota voidaan sitten käyttää kompensoimaan kuormituksen vaihtelua sähköverkossa.

"Se on uraauurtavaa kestävän energian varastointitekniikan alalla", kertoo Stefan Spirk. Hänen tutkijatiiminsä on onnistunut tekemään redoksi virtausakusta ympäristöystävällisemmän korvaamalla nestemäisen elektrolyytin, joka yleensä koostuu ekologisesti haitallisista raskasmetalleista tai harvinaisista maametalleista, vanilliinista syntetisoidusta kinoneilla.

Vanilliini on yksi harvoista hienokemikaaleista, jota saadaan ligniinistä. Monet tutkimusryhmät ovat jo osoittaneet, että ligniini soveltuu mahdolliseksi lähtöaineeksi elektrolyyttien tuotannossa. Spirk ja hänen tiiminsä menivät askeleen pidemmälle: "Jalostamme ligniinin vanilliinin redoksiaktiiviseksi materiaaliksi käyttämällä mietoa ja vihreää kemiaa ilman myrkyllisiä ja kalliita metallikatalyyttejä, jotta sitä voidaan käyttää virtausakuissa."

Vanilliinia voi ostaa jopa supermarketista, mutta sitä voi myös erottaa ligniinistä yksinkertaisella reaktiolla. Tutkijoiden suunnitelmana on liittää virtausakkunsa sellutehtaaseen ja eristää vanilliini muuten jätteeksi jäävästä ligniinistä.

Linköpingin yliopiston Laboratory of Organic Electronicsin tutkijat ovat puolestaan edistyneet vielä pidemmälle ja ensimmäisinä osoittaneet täysin orgaanisen redoksi eli hapetus-pelkistys virtausakun.

Johtava tutkija Mikhail Vagin ja hänen kollegansa ovat onnistuneet tuottamaan paitsi vesipohjaisen elektrolyytin myös elektrodit ja kalvot orgaanisesta materiaalista, tavalla mikä lisää vesipohjaisten virtausakkujen energiatiheyttä huomattavasti.

Akun elektrodit tehty johtavasta PEDOT-polymeeristä, joita tutkijat ovat seostaneet kuljettamaan joko positiivisia tai negatiivisia ioneja. Kehitetty vesipohjainen elektrolyytti koostuu kinonimolekyylien liuoksesta, joka voidaan uuttaa metsäpohjaisista materiaaleista.

Tutkijat soveltavat redoksi virtausakkuunsa ensimmäistä kertaa uudenlaista ioniselektiivistä elektrokatalyysiä. Sellainen esiintyy todennäköisesti myös muun tyyppisissä kalvovarastointilaitteissa, kuten akuissa, polttokennoissa ja superkondensaattoreissa.

Orgaanisen redoksi virtausakun energiatiheys on edelleen pienempi kuin vanadiinia sisältävien, mutta ne ovat erittäin halpoja, täysin kierrätettäviä, turvallisia ja täydellisiä energian varastointiin ja kuormituksen vaihteluiden kompensointiin sähköverkossa. Ehkä tulevaisuudessa kotitaloudellakin voi olla orgaaninen redoksi virtausakku sähköauton virtapankkina.

Aiheesta aiemmin:

Vihreämpiä virtausakkuja

Akun lataus tankkausletkusta

Kun aurinko ei paista eikä tuuli puhalla


Aiemmat uutiset

Kierteisiä topologisia eksitoni-polaritoneja (20.10.2020)
Kuvassa vasemmalla yksi kerros volframidisulfidia (WS2) kuvioiduilla fotonikiteellä. WS2:n eksitonien vahva kytkentä fotonikiteen kanssa johtaa eksitoni-fotoni polaritonien..

Lähi-infrapunan aallot näkyviksi (19.10.2020)
Punainen valo muuttuu siniseksi valoksi kaksinkertaistamalla taajuus nanokiteistä valmistettujen pienien pallojen sisällä. ETH:n tutkijat ovat onnistuneet tekemään..

Kiinteä elektrolyytti natrium-akuille (16.10.2020)
Kolmiulotteinen natriumionidiffuusion pinta hydroboraattikiteessä. Tämä uusi materiaali muodostaa epäsäännöllisen mutta erittäin symmetrisen rakenteen, joka sallii..

Fotonit taipuvat moneen (15.10.2020)
Kennomaisen metapinnan venyttäminen tuottaa keinotekoisen magneettikentän valolle, jota voidaan virittää upottamalla metapinta ontelomaisen kaviteetti aaltojohteen..

Grafeenia pinoten ja kiertäen (14.10.2020)
Yksikerroksisten ja kaksikerroksisten grafeenilevyjen pinoaminen ja kiertäminen aiheuttavat uusia kollektiivisia elektronien tiloja, kuten harvinaisen magnetismin..