Akku ja superkonkka yhteen soppii

Natrium (Na), jota on yli 500 kertaa runsaammin kuin litiumia (Li), on viime aikoina saanut merkittävää huomiota mahdollisuuksistaan natrium-ioni-akkuteknologioissa. Nykyisin näillä akuilla on kuitenkin perustavanlaatuisia rajoituksia, kuten pienempi teho, rajoitetut latausominaisuudet ja pidemmät latausajat.

Professori Jeung Ku Kangin johtama tutkimusryhmä Korea Advanced Institute of Science and Technologystä (KAIST) on kehittänyt korkean energian, suuritehoisen hybridin natrium-ioniakun, joka pystyy latautumaan nopeasti.

Kehitetty innovatiivinen hybridi ratkaisu yhdistää akuissa tyypillisesti käytetyt anodimateriaalit superkondensaattoreihin soveltuviin katodeihin. Tämän yhdistelmän avulla laite voi saavuttaa sekä suuren tallennuskapasiteetin että nopeat lataus- ja purkunopeudet, mikä tekee siitä elinkelpoisen seuraavan sukupolven vaihtoehdon litiumioniakuille.

Korkean energian ja suuren tehotiheyden omaavan hybridiakun kehittäminen vaatii kuitenkin parannuksia akkutyyppisten anodien hitaan energian varastointinopeudessa sekä superkondensaattorityyppisten katodimateriaalien suhteellisen alhaisen kapasiteetin parantamista.

Tämän vuoksi professori Kangin tiimi käytti kahta erillistä metalli-orgaanista kehystä hybridiakkujen optimoituun synteesiin. Tämä lähestymistapa johti sellaisen anodimateriaalin kehittämiseen, jolla on parannettu kinetiikka sisällyttämällä hienoja aktiivisia materiaaleja huokoiseen hiileen, joka on johdettu metalli-orgaanisista kehyksistä.

Lisäksi syntetisoitiin suurikapasiteettinen katodimateriaali. Lisäksi katodi- ja anodimateriaalien yhdistelmä mahdollisti sellaisen natriumionien varastointijärjestelmän kehittämisen, joka optimoi tasapainon ja minimoi energian varastointinopeuksien erot elektrodien välillä.

Kokoonpantu täyskenno, joka sisältää äskettäin kehitetyn anodin ja katodin, muodostaa tehokkaan hybridin natrium-ioni -energian varastointilaitteen. Tämä ratkaisu ylittää kaupallisten litiumioniakkujen energiatiheyden ja sillä on superkondensaattorien tehotiheyden ominaisuudet. Sen odotetaan sopivan pikalataussovelluksiin sähköajoneuvoista älykkäisiin elektroniikkalaitteisiin ja ilmailuteknologioihin.

Professori Kang totesi, että hybridi natrium-ioni-energian varastointitoteutus, joka pystyy lataamaan nopeasti ja saavuttamaan energiatiheyden 247 Wh/kg ja tehotiheyden 34 748 W/kg, edustaa läpimurtoa energian varastointijärjestelmien nykyisten rajoitusten voittamisessa.

Cambridgen yliopiston johtamat tutkijat käyttivät puolestaan uudenlaisia tutkimusmenetelmiä superkondensaattoreissa käytettyjen huokoisten hiilielektrodeiden tutkimiseen.

He havaitsivat, että elektrodit, joilla oli epäjärjestyneempi kemiallinen rakenne, varastoivat paljon enemmän energiaa kuin elektrodit, joilla oli erittäin järjestäytynyt rakenne.

Superkondensaattorit ovat keskeinen teknologia energian siirtymisessä, ja niistä voi olla hyötyä tietyissä ajoittaisen energiankäytön tarpeissa, mutta niiden käyttöönottoa on rajoittanut huono energiatiheys.

Aiheesta aiemmin:

Atomistisia perusteita akuille

Natriumioniakun hankalimman vian syy

Hybridi superkonkka ja hapekas litiumilma-akku