Laminaarivirtaukseen perustuva akku

MIT:n (Massachusetts Institute of Technology) tutkijat ovat suunnitelleet uudenlaisen ladattavan akun, joka ei ole riippuvainen kalliista kalvoista.

Tutkijoiden rakentama prototyypin tehotiheys on kertaluokkaa suurempi kuin monissa litium-ioni-akuissa ja muissa kaupallisissa ja kokeellisissa energian varastointijärjestelmissä.

Ratkaisu varastoi ja vapauttaa energiaa laminaarivirtaukseen perustuen: Kahta nestettä pumpataan kanavan läpi jossa niiden sähkökemiallinen reaktio kahden elektrodin välissä varastoi tai vapauttaa energiaa. Sopivissa olosuhteissa, rinnakkaisilla liuosvirtauksilla tapahtuu hyvin vähän sekoittumista. Laminaarivirtaus erottaa nesteet luonnollisesti, ilman kalliita kalvoja.

Tutkijoiden akku toimii nestemäisellä bromiliuoksella ja vedyllä. Bromi on suhteellisen edullinen materiaali ja sen kemiallinen reaktio vedyn kanssa antaa hyvät mahdollisuudet energian varastointiin.

Vetyyn ja bromiin perustuen on kehitetty polttokennoja mutta yleensä bromivetyhappo ajan mittaan pilaa kalvon ja siten myös kennon toiminnan. Tutkijat päättivätkin jättää kalvon kokonaan pois.

Kalvon poistamisella pystyttiin poistamaan kaksi merkittävää estettä energian varastoinnissa: kustannukset ja suorituskyky. Kalvot ovat usein akun kallein ja epäluotettavin komponentti.

Virtausakun prototyypissä on pieni kanava kahden elektrodin välissä. Sen kautta pumpataan nestebromia grafiittikatodin yli ja bromivetyhappoa huokoisen anodin alle. Samaan aikaan vetykaasu virtaa anodin läpi. Vedyn ja bromin välisen reaktion tuloksena tuotetaan energiaa vapaiden elektronien muodossa.

Tutkijat pystyivät myös kääntämään kanavan kemiallisen reaktion kaappaamaan elektroneja ja varastoimaan energiaa – ensimmäisenä tällaisella kalvottomalla rakenteella.

Kokeissa tutkijat käyttivät virtausakkua huoneenlämmössä eri virtausnopeuksilla ja reagenssipitoisuuksilla. Suurin akun tuottama tehotiheys oli 0,795 wattia varastoidun energian neliösenttimetriä kohden.

Kokeidensa lisäksi tutkijat laativat matemaattisen mallin kuvaamaan kemiallisia reaktioita vety-bromi-järjestelmässä. Mallin ennusteet sopivat yhteen koetuloksien kanssa.

Mallin avulla he uskovat voivansa mitoittaa järjestelmänsä suurempaan mittakaavaan. Onnistuessaan kaupallinen ladattava virtausakku mahdollistaisi halvemman suuren mittakaavan energian varastoinnin jolloin se voisi tukea laajaa aurinko- ja tuulienergian käyttöä.