Alumiini kiinnostaa energia-alaa

Alumiinilla vaikuttaa olevan vahva rooli tulevaisuuden akuissa mutta myös vedyn tuotannossa.

Grafeenitekniikkaan erikoistunut Graphene Manufacturing Group (GMG) väittää, että alumiini-ioniakut voivat latautua 60 kertaa nopeammin kuin tavalliset litiumioniakut.

Australiassa toimiva GMG kertoi äskettäin Queenslandin yliopiston (UQ) kanssa tehdystä tutkimussopimuksesta, joka johtaa GMG:n valmistamaan ja kaupallistamaan grafeeni-alumiini-ioniakkuja, joissa hyödynnetään yliopiston tutkijoiden kehittämää tekniikkaa.

GMG:n grafeeni-alumiini-ioniakut voivat kantaa kolme kertaa enemmän energiaa kuin muut alumiinipohjaiset akkukennot. Vertaisarvioitu testaus on osoittanut akussa 149 mAh g⁻¹ suorituskyvyn 5 Ag^-1.

GMG:n tulevat akut koostuvat alumiinifoliosta, alumiinikloridista, ionisesta nesteestä ja ureasta. Näiden materiaalien etu litiumiin nähden on niiden stabiilisuus. Nämä tuottavat turvallisemman akun, jolla on nopeampi latausaika ja tiheämpi energian varastointikapasiteetti.

Alumiini-ioniakut latautuvat nopeammin kuin litiumioniakut koska ne vaihtavat kolme elektronia ionia kohden ladattaessa ja palatessaan akun negatiiviseen elektrodiin. Litium-ionit voivat liikkua vain yksi kerrallaan akun läpi ladattaessa.

Alumiini-ioneilla ei myöskään ole ampeerista ylärajaa, mikä tarkoittaa, että ne eivät ylikuumennu spontaanisti eivätkä vaadi ylimääräistä jäähdytystä toimiakseen turvallisesti. Esimerkiksi sähköautojen litiumioniakkupaketit sisältävät noin 20 % jäähdytyskomponentteja.

Nanoteknologian menetelmillä akku tuotetaan lisäämällä alumiinin atomeja grafeenitasoissa olevien pienien reikien sisään. Tekniikka käsittää atomimittaisten reikien poraamisen grafeeniin ja alumiinin varastoinnin niiden sisään.

Maailman pyrkiessä irtautumaan fossiilisista polttoaineista puhtaalla vetypolttoaineella voisi olla laajempi rooli liikenteen, teollisuuden, rakennusten ja sähköntuotannon aloilla. Vaikka vedyn käyttö ei aiheuta hiilipäästöjä, sen tuottaminen fossiilisiin polttoaineisiin perustuvilla prosesseilla aiheuttaa.

Yksi vaihtoehto vedyn tuottamiseksi voisi olla alumiinin reagointi veden kanssa. Alumiinimetalli reagoi helposti veden kanssa huoneenlämmössä muodostaen alumiinihydroksidia ja vetyä. Tätä reaktiota ei tyypillisesti tapahdu, koska alumiini pinnoittuu luonnollisesti oksidikerroksella, mikä estää sitä joutumasta suoraan kosketukseen veden kanssa.

"Pohjimmiltaan alumiinista tulee mekanismi vedyn varastoimiseksi - ja erittäin tehokas", sanoo MIT:n koneenrakennuksen professoriDouglas P. Hart. "Käyttämällä alumiinia lähteenä voimme "varastoida" vetyä tiheydellä, joka on kymmenen kertaa suurempi kuin jos varastoimme sitä painekaasuna."

Alumiini-vesi -reaktion käyttäminen vedyn tuottamiseen ei aiheuta kasvihuonekaasupäästöjä ja kuljetusongelma ratkeaa sillä, että vettä on laajalti käytettävissä. Samoin käyttämällä paikallisesti helposti siirrettävää romualumiinia mikä samalla keventää puhtaan alumiinin louhinnan ja tuottamisen energiaintensiivisyyden ongelmaa

Nykytutkimus paneutuukin siihen, mikä on paras tapa estää oksidikerroksen tarttuminen alumiinipintaan ja miten alumiiniromun seosaineet vaikuttavat vedyn kokonaismäärään syntyyn ja kuinka nopeasti sitä syntyy?

MIT:n tutkijat ovat nyt osoittaneet kaksi käytännöllistä tapaa säätää vedyn reaktionopeutta: lisäämällä ja hyödyntämällä tiettyjä romualumiiniin lisäaineita ja manipuloimalla alumiinirakeiden kokoa.

Aiheista aiemmin:

Vetyä auringonvalosta

Uudet materiaalit kestäville ja edullisille akuille