Tehdään uusi edullinen akku

Uutta akkuarkkitehtuuria, jonka elektrodimateriaaleina käytetään alumiinia ja rikkiä sekä niiden välissä on sulaa suolaa, esitellään tutkimusartikkelissa, jonka ovat tuottaneet MIT:n professori Donald Sadoway ja 15 muuta tutkijaa Yhdysvalloista, Kanadasta ja Kiinasta.

"Halusin keksiä jotain, joka on parempi, paljon parempi kuin litiumioniakut pienimuotoiseen kiinteään varastointiin ja viime kädessä autojen lataukseen", selittää Sadoway, joka on materiaalikemian emeritusprofessori.

Sen lisäksi, että litiumioniakut ovat kalliita, ne sisältävät syttyvää elektrolyyttiä, joten ne eivät ole ihanteellisia liikenteen pariin. Niinpä Sadoway alkoi tutkia jaksollista taulukkoa etsiäkseen halpoja, maapallolla runsaasti olevia metalleja, jotka voisivat korvata litiumin.

Ensin sellaiseksi valikoitui maan runsain metalli eli alumiini. Toiseksi elektrodiksi valikoitui halvin kaikista ei-metalleista eli rikki. Näin syntyneen alumiini-kalkogeeniakun elektrolyytiksi ei haluttu käyttää haihtuvia ja syttyviä orgaanisia nesteitä.

He kokeilivat joitain polymeerejä, mutta päätyivät tarkastelemaan erilaisia sulaneita suoloja, joilla on suhteellisen alhaiset sulamispisteet.

Kokeissaan ryhmä osoitti, että akkukennot pystyivät kestämään satoja jaksoja poikkeuksellisen korkeilla latausnopeuksilla ja ennustettu hinta per kenno on noin kuudesosa vastaavien litiumionikennojen kustannuksista. Kokeet osoittivat, että latausnopeus oli suuresti riippuvainen työlämpötilasta, sillä 110 Celsius-astetta osoitti 25 kertaa nopeampaa latausnopeutta kuin 25 C:ssa.

Yllättäen sulasuola osoittautui sattumanvaraiseksi eduksi, sillä se ehkäisee tehokkaasti dendriittien muodostumisen, jotka pahimmillaan aiheuttavat oikosulun elektronien kesken.

Heidän valitsemansa kloorialuminaattisuola "pohjimmiltaan poisti nämä karkailevat dendriitit, mutta mahdollisti myös erittäin nopean latauksen", Sadoway sanoo. "Teimme kokeita erittäin korkeilla latausnopeuksilla, lataamalla alle minuutissa, emmekä koskaan menettäneet kennoja dendriittioikosulun vuoksi."

"Se on hauskaa", hän sanoo, koska koko painopiste oli löytää suola, jolla on alhaisin sulamispiste, mutta katenoidut kloorialuminaatit, joihin he päätyivät, osoittautuivat kestäviksi oikosulkuongelmaa vastaan. "Jos olisimme aloittaneet yrittämällä estää dendriittistä oikosulkua, en ole varma, että olisin tiennyt, miten siihen pyrittäisiin", Sadoway sanoo.

Lisäksi akku ei tarvitse ulkoista lämmönlähdettä ylläpitääkseen käyttölämpötilaansa. Tarvittavaa lämpöä syntyy luonnollisesti sähkökemiallisesti akun latauksen, purkauksen ja jopa tyhjäkäynnin aikana.

Tämä uusi akkukoostumus olisi Sadowayn mukaan ihanteellinen asennuksiin, joissa tarvitaan virtaa yksittäiselle kotitalolle tai keskisuurelle yritykselle ja ne tuottaisivat muutaman kymmenen kilowattituntia tallennuskapasiteettia. Ne olisivat käytännöllisiä myös esimerkiksi sähköajoneuvojen latausasemille ruuhkatilanteiden energialähteeksi.

Uusi teknologia on jo perusta uudelle spinoff-yritykselle nimeltä Avanti, joka on lisensoinut järjestelmän patentit ja jonka perustajat ovat Sadoway ja Luis Ortiz. "Yrityksen ensimmäinen tehtävä on osoittaa, että se toimii mittakaavassa", Sadoway sanoo ja kohdistaa sille sarjan stressitestejä, mukaan lukien satojen latausjaksojen läpikäyminen.

Aiheesta aiemmin: