Superkonkkia rakenteisiin

Jos voisi varastoida energiaa komponentteihin, joista voi tehdä rakenteita, se loisi uudenlaisia teknisiä mahdollisuuksia.

Yhdysvalloissa onkin tuettu tutkimushankkeita, jotka kohdistuvat monitoimisiin ratkaisuihin joissa energiaa varastoidaan osaksi rakenneaineita. Tutkimusrintamalla on jo useita pyrkimyksiä kehittää älykkäitä materiaaleja tai rakenteellisia akkuja käytettäväksi sähköautoissa ja sotilaallisissa sovelluksissa.

Vanderbilt-yliopiston laboratoriossa on nyt luotu superkondensaattoreita jotka paitsi varastoivat ja luovuttavat energiaa kestävät samalla staattisia ja dynaamisia voimia, kuten tärinää tai iskuja. Niihin voi kohdistua rasituksia ja paineita jopa 44 psin ja kiihtyvyyksiä yli 80 geen verran.

Perustana on yliopistossa jo aiemmin kehitetyt elektrodit, jotka on valmistettu nanohuokoisesta piistä, joka on sitten pinnoitettu elektrolyyttireaktioilta suojaavalla ultraohuella grafeenin kaltaisella hiilikerroksella. Elektrodien välissä on ionivarastona toimiva polymeerikalvo. Lisäksi polymeeri muodostaa erittäin vahvan mekaanisen sidoksen.

Piin käyttö rakenteellisessa superkondensaattorissa sopii parhaiten kulutuselektroniikkaan ja aurinkokennoihin, mutta tutkijat ovat vakuuttuneita siitä, että säännöt, jotka ohjaavat heidän ratkaisunsa rakenteellista luonnetta voidaan siirtää muihin materiaaleihin, kuten hiilinanoputkin ja kevyisiin huokoisiin metalleihin kuten alumiiniin.

Tehokkaampia superkonkkia

Perinteisemmän superkondensaattorien kehittämisen parissa Kalifornian Riverside -yliopiston tutkijat ovat kehittäneet nanometriluokan ruteenioksidia, joka on ankkuroitu nanohiiliputkien ja grafeenin hybridivaahtoon.

Tällainen siirtymämetallioksidista ja nanohiiligrafeenivaahdosta muodostettu elektrodi voi toimia turvallisesti vedettömässä elektrolyytissä ja toimittaa kaksi kertaa enemmän energiaa ja virtaa kuin nykyiset kaupalliset superkonkat.

Tutkijoiden testeissä vaahtoelektrodi toimi yli 8000 työjaksoa suorituskyvyn hiipumatta. Kehitetty elektrodijärjestelmä tarjoaa myös helpon ja skaalautuvan sideainevapaan tekniikan valmistaa suurienergisiä superkondensaattorin elektrodeja.