Kiinteitä ja nestemäisiä akkuja

Virtausakkuja on pitkään pidetty todennäköisenä ehdokkaana uusiutuvien energialähteiden tuoton varastoinnille. Tähän asti sellaisia nesteitä, jotka voivat tuottaa sähkövirtaa on joko rajoittanut niistä saatavan energian määrä tai ne ovat vaatineet erittäin korkeita lämpötiloja tai erittäin myrkyllisiä tai kalliita kemikaaleja.

Stanfordin tutkijoiden kehittämä uusi materiaalien yhdistelmä voi auttaa kehittämään akkua, joka pystyy varastoimaan tuuli- tai aurinkoenergialla syntyviä suuria energia määriä. Kehitystyön myötä uusi tekniikka voisi tuottaa energiaa sähköverkkoon nopeasti, kustannustehokkaasti ja tavanomaisissa lämpötiloissa.

Uudenlainen virtausakku sisältää nestemäisen metallin, joka kaksinkertaisti tavanomaisten virtausakkujen maksimijännitteen ja voisi johtaa uusiutuvan energian edulliseen varastointiin käyttäen maapallon runsaita materiaaleja.

Stanfordin tutkijat kokeilivat natriumia ja kaliumia, jotka sekoittuvat nestemäiseksi metalliksi huoneenlämmössä virratessaan elektronin luovuttajalle eli akun negatiiviselle puolelle.

Teoreettisesti tällä nestemäisellä metallilla on vähintään kymmenen kertaa enemmän käytettävissä olevaa energiaa grammaa kohti kuin muissa virtausakkujen negatiivisen puolen virtauksissa. Nestemäisen metallin negatiivisen puolen käyttämiseksi ryhmä löysi myös sopivan kalium- ja alumiinioksidista tehdyn keraamisen kalvon.

Kyseiset kaksi edistystä yhdessä yli kaksinkertaistivat tavanomaisten virtausparistojen maksimijännitteen ja prototyyppi pysyi vakaana tuhansia tunteja.

Toinen kuuma aihe akkutekniikassa on täysin kiinteärakenteisen akun elektrodin ja elektrolyytin rajapinnan tutkiminen.

Tokyo Techin tutkijat ovat kiinnittäneet huomiota yhteen aiheen merkittävimmistä haitoista kehittämällä akkua, jolla olisi mahdollisimman pieni resistanssi elektrodin ja kiinteän elektrolyytin rajapinnalla.

Kehitetyillä akuilla on erinomaiset sähkökemialliset ominaisuudet, jotka ylittävät huomattavasti perinteisten ja olemassa olevien litium-akkujen ominaisuudet; mikä osoittaa täyskiinteälle akkuteknologialle lupauksen mahdollisuuksista mullistaa kannettavaa elektroniikkaa.

Nykyisten kiinteäelektrodisten akkujen haittana on niiden elektrodin/kiinteän elektrolyyttirajapinnan liian korkea resistanssi.

Tokion ja Tohoku-yliopiston tutkijat valmistivat täysin kiinteäelektrolyyttisen akun erittäin alhaisella rajapinnan resistanssilla Li (Ni0,5 Mn1,5) O4:n (LNMO) yhdisteistä. Akun rajapinnan resistanssiksi todettiin 7,6 Ωcm2, mikä on kaksi suuruusluokkaa pienempi kuin aiempien LMNO-pohjaisten täyskiinteiden akkujen ja jopa pienempi kuin neste-elektrolyyttisten Li-ion-akkujen joissa käytetään LNMO:ta.

Tutkituissa akuissa esiintyi myös nopea varaus ja purku, sillä puolet akun kapasiteetista voidaan varata/purkaa vain yhden sekunnin kuluessa. Li (Ni 0,5 Mn1,5) O4 on myös lupaava materiaali akun energiatiheyden lisäämiseksi, koska se tuottaa korkeamman antojännitteen.